FR2730364A1 - Amplificateur programmable d'instrumentation - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un amplificateur programmable (100) qui comprend une entrée (112), une sortie (116), et un premier canal (111) d'amplificateur allant de l'une à l'autre et incluant un émetteur (106) de transistor d'entrée (102) et un premier émetteur (108) de transistor de sortie (104) connectés pour former une première paire (110) d'émetteurs. Il comprend en outre un moyen de sélection, pour sélectionner si ledit premier canal doit être activé, et un moyen d'activation (120) qui répond au précédent et est connecté à ladite première paire d'émetteurs pour activer ledit canal (111) pour qu'un signal appliqué à l'entrée soit transmis par ledit premier canal d'amplificateur vers la sortie si l'amplificateur est sélectionné comme devant être activé, et pour que l'amplificateur soit désactivé dans le cas contraire. L'amplificateur peut former un canal unique, un multiplexeur à canaux multiples, un étage de sortie à gain, ou à atténuation à sélectionner et de nombreux autres dispositifs.

Description

L'invention concerne de façon générale des sondes électroniques et d'autres circuits d'amplificateurs d'instrumentation qui peuvent être utilisés pour transmettre les signaux analogiques dans une large bande de fréquences pour une faible distorsion et elle concerne plus particulièrement un amplificateur de ce type qui est programmable.
Dans le domaine des amplificateurs d'instrumentation, par exemple des amplificateurs destinés à des sondes électronique d'essais, des oscilloscopes et d'autres instruments, la première exigence est que des amplificateurs doivent gérer des signaux analogiques avec une faible distorsion dans une grande largeur de bande de fréquences. Des amplificateurs qui peuvent être utilisés pour un multiplexage sont rares, sinon inexistants, dans ce domaine puisque l'on considère généralement qu'un multiplexage est incohérent avec cette première exigence. En d'autres termes, le multiplexage est habituellement associé avec un compromis entre au moins une certaine fidélité et une certaine largeur de bande des signaux d'une part, et la capacité de gérer de multiples signaux simultanément ou en alternance, d'autre part.
Il est bien connu qu'un amplificateur peut être réalisé en reliant entre eux une "paire d'émetteurs". De tels amplificateurs sont habituellement réalisés en technologie bipolaire en connectant des émetteurs de deux transistors bipolaires. L'amplificateur est appel un amplificateur différentiel lorsque la paire d'émetteurs est connectée à la tension basse ou la tension de masse par l'intermédiaire d'une résistance, souvent désignée par RE, que les collecteurs des transistors sont connectés à la haute tension à travers des résistances, que l'entrée est amenée aux bases des transistors, et que la sortie est prise aux collecteurs. Lorsque la résistance RE est remplacée par un troisième transistor, qui réalise une polarisation de source de courant des deux premiers transistors, l'amplificateur est appelé un amplificateur opérationnel ou op-amp.Il est bien connu aussi d'utiliser dans de tels amplificateurs une rétroaction en reliant le collecteur de sortie à la base d'entrée du même transistor. La rétroaction réduit le gain de l'amplificateur mais augmente la largeur de bande dans laquelle une distorsion faible est possible.
Alors que des amplificateurs opérationnels à rétroaction sont utilisés classiquement comme amplificateurs, on considère généralement qu'ils ne se prêtent pas à un multiplexage. Un multiplexage exige une commutation positive ; c'est-à-dire qu'un circuit qui est en service, ou "ON" selon le terme anglo-saxon, doit être positivement en service et un circuit qui est hors service, ou "OFF" selon le terme anglo-saxon, doit être positivement hors service, indépendamment de tous signaux de fuites qui pourraient être observés sur leurs entrées et leurs sorties.Puisque la fonction des amplificateurs opérationnels est déterminée principalement par la polarisation réalisée par la masse et l'alimentation en énergie, c'est-à-dire par les tensions relatives appliquées aux émetteurs et aux collecteurs, des signaux de fuites appliqués par l'intermédiaire des bornes de masse et d'alimentation en énergie peuvent modifier l'état en service ou hors service de tels amplificateurs. Puisqu'un multiplexage exige de façon inhérente que de nombreux circuits adjacents similaires soient connectés à la même masse et la même alimentation en énergie, il semble que des amplificateurs opérationnels à rétroaction ne sont pas compatibles avec un multiplexage.En outre, la particularité même qui rend les amplificateurs opérationnels à rétroaction utilisables pour une faible distorsion dans une grande largeur de bande, c'est-à-dire la rétroaction, tend aussi à les rendre susceptibles d'être influencés par des signaux de fuite présents sur leurs sorties. Puisqu'il est dans la nature du multiplexage que des signaux qui viennent de l'un des canaux de multiplexage apparaissent à la sortie des canaux adjacents de multiplexage, il semble, pour cette raison également, que des amplificateurs opérationnels à rétroaction ne sont pas compatibles avec un multiplexage.
Pour les raisons ci-dessus, l'art antérieur de l'instrumentation a été essentiellement limité à des systèmes à canal unique. Lorsqu'il faut plus d'un canal, un certain nombre de circuits indépendants, c'est-à-dire un certain nombre de systèmes à canal unique sont simplement placés côte-à-côte. Ceci est onéreux puisque chaque canal est un amplificateur sophistiqué, séparé, d'instrumentation.
Au fur et à mesure que les systèmes électroniques deviennent de plus en plus complexes, et que le nombre de leurs éléments, par exemple des broches sur des boîtiers de circuit, devient plus élevé, il faut de plus en plus de temps, ou il devient de plus en plus onéreux, ou l'un et l'autre, d'essayer des boîtiers de circuit de l'état de l'art où instrumentation est essentiellement composée de canaux uniques.
C'est donc le but de la présente invention que de réaliser un amplificateur à instrumentation qui offre une capacité de multiplexage pour une faible distorsion dans une grande largeur de bande.
Afin d'atteindre ce but, l'invention réalise, de façon générale, un amplificateur opérationnel programmable à rétroaction. Des émetteurs de deux transistors sont connectés de façon à former une paire d'émetteurs. L'entrée de l'amplificateur est connectée à la base de l'un des transistors, que l'on appellera dans ce qui suit le transistor d'entrée, tandis que la connexion collecteur/base de l'autre transistor, que l'on appellera dans ce qui suit le transistor de sortie, réalise la rétroaction et la sortie. Un transistor additionnel contenu dans la boucle de rétroaction, que l'on appellera dans ce qui suit le transistor de commande de sortie, peut commander la sortie de l'amplificateur pour offrir un gain additionnel.
Le caractère programmable est de préférence réalisé au moyen d'un transistor de source de courant connecté entre la partie à tension la plus basse de l'alimentation en énergie et la paire d'émetteurs et un verrou connecté à la base du transistor de source de courant. Ce transistor de verrou/de source de courant polarise la paire d'émetteurs de façon à mettre en service ou hors service l'amplificateur. De plus, la paire d'émetteurs est amenée à la force à une tension réglée par un circuit séparé de polarisation lorsque l'amplificateur est hors service.
Le verrou peut être programmé par de nombreux dispositifs d'entrée différents, bien que sa programmation soit de préférence effectuée au moyen d'un ordinateur.
L'amplificateur nu selon la présente invention réalise un canal programmable en service/hors service qui peut être appliqué de nombreuses manières différentes. De préférence, l'amplificateur et les applications sont mis en oeuvre sur des microplaquettes de circuits intégrés.
Dans l'application qui peut être la plus simple, l'amplificateur offre un étage de sortie qui peut être programmé pour être, soit en service, soit hors service. Dans cette application, un circuit programmable d'invalidation de sortie amène de préférence à force la sortie de l'amplificateur à un état dans lequel il apparaît électriquement comme circuit ouvert lorsque l'amplificateur est programmé pour être hors service. Le circuit d'invalidation de sortie est de préférence connecté au noeud, situé entre le collecteur du transistor de sortie et la base du transistor de commande de sortie.
Dans une autre application, un nombre de tels canaux compris entre deux et quelques centaines peut être combiné de façon à former un multiplexeur simple qui peut connecter à une sortie unique l'une quelconque des deux entrées ou des quelques centaines d'entrées. Dans ce cas, un transistor d'entrée séparé est agencé pour chaque canal, tandis qu'un transistor à émetteurs multiples peut constituer le transistor de sortie pour plusieurs canaux. Lorsqu'il faut plus de dix canaux environ, plusieurs transistors de sortie à émetteurs multiples peuvent être utilisés, les collecteurs de chaque transistor de sortie étant connectés entre eux et les bases de chaque transistor de sortie étant connectées entre elles.
La polarisation de chaque canal, tant aux tensions basses et de masse qu'à la haute tension fournies par l'alimentation en énergie, s'effectue de préférence par l'intermédiaire de circuits séparés de polarisation. La polarisation de la paire d'émetteurs de chaque canal est commandée par une combinaison séparée verrou/transistor de source de courant. De préférence, chaque canal actif est référencé séparément à la masse, pour produire pour chaque canal un niveau précis, répétitif de polarisation. De préférence, le collecteur de chaque transistor d'entrée est connecté à l'alimentation en énergie par l'intermédiaire d'un circuit séparé de polarisation. Les verrous peuvent être programmés par un ordinateur pour réaliser un amplificateur de multiplexage programmable, à grande largeur de bande, à faible distorsion.
Dans une application à sorties multiples de la présente invention, une entrée peut être connectée à deux amplificateurs selon l'invention ou davantage, chacun des amplificateurs possédant une sortie séparée. Un circuit à sorties multiples selon la présente application peut être programmé pour connecter une entrée unique à l'une quelconque parmi de multiples sorties. En combinant l'application de multiplexeur simple et l'application à sorties multiples, il est possible de réaliser un multiplexeur complexe susceptible de connecter l'une quelconque des entrées, au nombre de deux à plusieurs centaines, à l'une et/ou à l'autre de deux sorties, ou à une ou plusieurs sorties parmi des sorties multiples.
En analysant l'amplificateur d'une autre manière, cet amplificateur de multiplexage inclut deux parties : une partie de commutation et une partie de rétroaction. Une partie de commutation est agencée pour chaque entrée et pour chaque sortie. La partie de rétroaction est commune pour chaque sortie. Cette structure permet une haute densité de commutateurs de multiplexage, tout en assurant une intégrité élevée de signal et une grande largeur de bande.
Selon une autre application de l'amplificateur susceptible d'être commuté selon la présente invention, plusieurs amplificateurs de ce type, qui offrent chacun un gain différent, peuvent être combinés pour réaliser un circuit où le gain peut être sélectionné. Les différents gains sont de préférence réalisés par un circuit diviseur de tension différent contenu dans la boucle de sortie de chaque amplificateur.
Comme dans l'application à multiplexeur simple, tous les amplificateurs sont connectés à une sortie commune. Le gain de la sortie commune est programmable en mettant en service l'amplificateur qui offre le gain souhaité et en mettant hors service les autres amplificateurs.
Selon une autre application de l'amplificateur programmable, plusieurs amplificateurs peuvent être combinés pour produire un circuit où l'atténuation peut être sélectionnée. Les différentes atténuations sont de préférence réalisées par un circuit diviseur de tension différent inséré entre une entrée commune du circuit et chacune des entrées des amplificateurs programmables.
Il ressort à l'évidence de ce qui précède, que de nombreux autres circuits nouveaux peuvent être formés en combinant un ou plusieurs des circuits ci-dessus. Chacune de ces combinaison réalise un circuit amplificateur à faible distorsion, à grande largeur de bande, qui est utilisable dans des applications d'instrumentation.
De façon plus spécifique, la présente invention réalise, selon un premier aspect, un amplificateur programmable qui comprend
une entrée d'amplificateur et une sortie d'amplificateur
un premier canal d'amplificateur entre ladite entrée et ladite sortie, ledit premier canal d'amplificateur incluant un émetteur de transistor d'entrée et un premier émetteur de transistor de sortie, ledit émetteur de transistor d'entrée et ledit premier émetteur de transistor de sortie étant connectés entre eux pour former une première paire d'émetteurs
caractérisé en ce qu'il comprend en outre
un moyen de sélection pour sélectionner si ledit premier canal d'amplificateur doit être activé ; et
un moyen d'activation qui répond audit moyen de sélection et est connecté à ladite première paire d'émetteurs
pour activer ledit canal d'amplificateur de façon qu'un signal appliqué à ladite entrée soit transmis à partir de ladite entrée d'amplificateur à travers ledit premier canal d'amplificateur vers ladite sortie d'amplificateur si ledit amplificateur est sélectionné comme devant être activé, et
pour interrompre l'activation dudit amplificateur, ou désactiver, de façon qu'un signal appliqué à ladite entrée ne soit pas transmis à travers ledit canal vers ladite sortie si ledit amplificateur n'est pas sélectionné pour être activé.
De préférence, ledit moyen d'activation comprend une source de courant et un moyen commutateur qui répond audit moyen de sélection pour connecter électriquement ladite source de courant à ladite paire d'émetteurs.
Dans ce cas, le moyen commutateur peut comprendre un transistor et un verrou.
De préférence, l'amplificateur inclut en outre
un moyen d'invalidation de sortie pour placer ladite sortie dans un état dans lequel elle apparaît électriquement comme circuit ouvert lorsque ledit amplificateur est sélectionné pour être hors service.
Dans ce cas, on peut prévoir que
ledit canal d'amplificateur inclut un premier transistor de sortie et un transistor de commande de sortie,
ledit émetteur de transistor comprend l'émetteur dudit premier transistor de sortie,
ledit transistor de commande de sortie est connecté dans une boucle de rétroaction entre le collecteur et la base dudit premier transistor de sortie, et
ledit moyen d'invalidation de sortie comprend un moyen de réglage de tension pour régler la tension à la base dudit transistor de commande de sortie.
De préférence, l'amplificateur inclut en outre
un moyen de réglage de tension d'émetteur pour amener à force ladite paire d'émetteurs à une tension réglée de fermeture lorsque ledit amplificateur n'est pas activé.
De préférence, l'amplificateur comprend en outre
un deuxième canal d'amplificateur entre ladite entrée et ladite sortie, ledit deuxième canal d'amplificateur incluant un deuxième émetteur de transistor d'entrée et un deuxième émetteur de transistor de sortie pour former une deuxième paire d'émetteurs, et
ledit moyen de sélection comprend en outre un moyen de sélection d'au moins l'un desdits canaux ; et
ledit moyen d'activation comprend un moyen d'activation dudit canal sélectionné et de désactivation dudit canal qui n'est pas sélectionné.
Dans ce cas, on peut prévoir que
ledit amplificateur d'entrée inclut une première entrée connectée audit premier canal d'amplificateur et une deuxième entrée connectée audit deuxième canal d'amplificateur,
ledit moyen de sélection comprend un moyen de sélection de l'une desdites entrées, et
ledit moyen d'activation comprend un moyen d'activation du canal connecté à ladite entrée sélectionnée, grâce à quoi ledit amplificateur connecte électriquement à ladite sortie l'entrée sélectionnée parmi ladite première et ladite deuxième entrées ; et/ou que
ledit premier canal d'amplificateur comprend en outre un premier moyen de gain à premier gain,
ledit deuxième canal d'amplificateur comprend en outre un deuxième moyen de gain à deuxième gain,
ledit moyen de sélection comprend un moyen de sélection de gain pour sélectionner un premier gain ou un deuxième gain, et
ledit moyen d'activation comprend un moyen d'activation de celui des deux canaux qui offre le gain sélectionné.
Selon un deuxième aspect, l'invention réalise une amplificateur qui comprend
une entrée d'amplificateur et une sortie d'amplificateur
un premier canal d'amplificateur qui inclut un premier émetteur de transistor d'entrée et un premier émetteur de transistor de sortie, ledit premier émetteur de transistor d'entrée et ledit premier émetteur de transistor de sortie étant connectés entre eux de manière à former une première paire d'émetteurs,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre
un deuxième canal d'amplificateur qui inclut un deuxième émetteur de transistor d'entrée et un deuxième émetteur de transistor de sortie, ledit deuxième émetteur de transistor d'entrée et ledit deuxième émetteur de transistor de sortie étant connectés entre eux de manière à former une deuxième paire d'émetteurs
un moyen de sélection pour sélectionner l'un ou l'autre parmi ledit premier et ledit deuxième canaux d'amplificateur ; et
un moyen d'activation qui répond audit moyen de sélection pour activer ledit canal sélectionné d'amplificateur de façon qu'un signal appliqué à ladite entrée soit transmis à partir de ladite entrée d'amplificateur, à travers ledit canal sélectionné d'amplificateur, vers ladite sortie d'amplificateur.
De préférence, ledit moyen d'activation comprend une source de courant et un moyen commutateur qui répond audit moyen de sélection pour connecter électriquement ladite source de courant à ladite paire sélectionnée d'émetteurs, ledit moyen commutateur comprenant un transistor et un verrou.
De préférence, l'amplificateur comprend en outre une alimentation en énergie et une masse,
ladite sortie comprend un premier amplificateur de sortie et un deuxième amplificateur de sortie,
ledit premier amplificateur de sortie est connecté audit premier canal d'amplificateur et ladite deuxième sortie d'amplificateur est connectée audit deuxième canal d'amplificateur, de sorte que ladite entrée est connectée à ladite première sortie d'amplificateur lorsque ledit premier canal d'amplificateur est sélectionné et à ladite deuxième sortie d'amplificateur lorsque ledit deuxième canal d'amplificateur est sélectionné et
chacun desdits canaux d'amplificateur est connecté séparément à ladite alimentation en énergie et est connecté séparément à ladite masse.
De préférence, ledit premier canal d'amplificateur inclut une première jonction émetteur/base,
ledit deuxième canal d'amplificateur inclut une deuxième jonction émetteur/base, et
ledit amplificateur inclut en outre
un premier moyen de polarisation connecté à ladite première paire d'émetteurs pour assurer que ladite première jonction émetteur/base est bloquée lorsque ledit premier canal n'est pas sélectionné, et
un deuxième moyen de polarisation connecté à ladite deuxième paire d'émetteurs, pour s'assurer que ladite deuxième jonction émetteur/base est bloquée lorsque ledit deuxième canal n'est pas sélectionné.
Dans ce cas, chacun desdits premier et deuxième moyens de polarisation peut inclure une source d'énergie et une résistance connectée entre la paire respective d'émetteurs et ladite source d'énergie.
De préférence, l'amplificateur inclut en outre un moyen de réglage de tension d'émetteur destiné
à amener à force ladite première paire d'émetteurs à une tension réglée d'arrêt lorsque ledit premier canal d'amplificateur n'est pas activé et
à amener à force ladite deuxième paire d'émetteurs à une tension réglée d'arrêt lorsque ledit deuxième canal d'amplificateur n'est pas sélectionné.
De préférence, ledit amplificateur de multiplexage inclut un transistor à émetteurs multiples, et
lesdits premier et deuxième émetteurs du transistor de sortie sont deux émetteurs dudit transistor à émetteurs multiples.
Dans ce cas, l'amplificateur peut inclure en outre une boucle de rétroaction allant du collecteur vers la base dudit transistor à émetteurs multiples.
De préférence, l'amplificateur inclut en outre
une alimentation en énergie,
un premier moyen de polarisation pour connecter ledit premier canal d'amplificateur à ladite alimentation en énergie, et
un deuxième moyen de polarisation, séparé dudit premier moyen de polarisation, pour connecter ledit deuxième canal d'amplificateur à ladite alimentation en énergie.
De préférence, ladite entrée d'amplificateur inclut une première entrée connectée audit premier canal d'amplificateur et une deuxième entrée connectée audit deuxième canal d'amplificateur et
ledit moyen de sélection comprend un moyen de sélection de l'une des deux entrées, grâce à quoi ledit amplificateur de multiplexage connecte électriquement à ladite sortie celle de ces deux entrées qui est sélectionnée.
Dans ce cas, on peut prévoir que
ledit amplificateur inclut une alimentation en énergie, un premier moyen de polarisation, un deuxième moyen de polarisation, un premier transistor d'entrée, et un deuxième transistor d'entrée,
ledit premier émetteur de transistor d'entrée comprend l'émetteur dudit premier transistor d'entrée et ledit deuxième émetteur de transistor d'entrée comprend l'émetteur dudit deuxième transistor d'entrée,
ladite première entrée est connectée à la base dudit premier transistor d'entrée, ladite deuxième entrée est connectée à la base dudit deuxième transistor d'entrée,
le collecteur dudit premier transistor d'entrée est connecté à ladite alimentation en énergie à travers ledit premier moyen de polarisation et le collecteur dudit deuxième transistor d'entrée est connecté à ladite alimentation en énergie à travers ledit deuxième moyen de polarisation.
De préférence ledit premier canal d'amplificateur inclut en outre un premier moyen de gain à premier gain,
ledit deuxième canal d'amplificateur comprend en outre un deuxième moyen de gain à deuxième gain,
ledit moyen de sélection comprend un moyen de sélection de gain pour sélectionner un premier gain ou un deuxième gain, et
ledit moyen d'activation comprend un moyen d'activation de celui desdits canaux qui offre ledit gain sélectionné.
De préférence, ledit premier canal d'amplificateur inclut en outre un premier moyen d'atténuation à première atténuation,
ledit deuxième canal d'amplificateur comprend en outre un deuxième moyen d'atténuation à deuxième atténuation,
ledit moyen de sélection comprend un moyen de sélection d'atténuation pour sélectionner une première atténuation ou une deuxième atténuation, et
ledit moyen d'activation comprend un moyen d'activation de celui desdits canaux qui offre ladite atténuation sélectionnée.
De préférence, ladite sortie d'amplificateur inclut une première sortie connectée audit premier canal d'amplificateur et une deuxième sortie connectée audit deuxième canal d'amplificateur, et
ledit moyen de sélection comprend un moyen de sélectionner l'une desdites sorties, grâce à quoi ledit amplificateur de multiplexage connecte électriquement à ladite entrée celle desdites première ou deuxième sorties qui est sélectionnée.
Selon un troisième aspect, la présente invention réalise un amplificateur de multiplexage caractérisé en ce qu'il comprend
une série d'entrées,
au moins une sortie,
une série de parties de commutation d'amplificateur qui incluent chacune un moyen commutateur pour activer et désactiver ladite partie de commutation d'amplificateur
une partie de rétroaction d'amplificateur, et en ce que
il existe pour chacune des dites entrées une des dites parties de commutation d'amplificateur,
ladite partie de commutation d'amplificateur est connectée entre son entrée correspondante et ladite sortie, et
ladite partie de rétroaction d'amplificateur est commune à ladite série de parties de commutation d'amplificateur et est connectée à ladite sortie.
De préférence, il existe une série des dites sorties,
il existe un nombre I x O des dites parties de commutation d'amplificateur, I étant le nombre desdites entrées et O le nombre desdites sorties, et
il existe pour chacune desdites sorties une desdites parties de rétroaction d'amplificateur, et
il existe, parmi ledites parties de commutation d'amplificateur, une partie différente connectée entre chacune des dites entrées et chacune desdites sorties.
Non seulement l'invention fournit une sonde à amplificateur programmable à grande largeur de bande et à haute intégrité de signal, mais en outre les amplificateurs et ses applications peuvent être réalisés dans des microplaquettes de circuit intégrés compactes, relativement peu onéreuses, puisque l'amplificateur n'utilise aucun condensateur important.
Les buts, particularités et avantages de la présente invention cités ci-dessus ainsi que d'autres ressortiront de la description qui suit lorsqu'elle est lue en liaison avec les dessins annexés dans lesquels
La Figure 1 est un schéma de circuit du mode de réalisation préféré d'un amplificateur programmable selon la présente invention
la Figure 2 est un schéma de circuit d'un étage de sortie programmable qui utilise une variante d'amplificateur programmable de la Figure 1 ;;
la Figure 3 est un schéma de circuit du circuit d'invalidation de sortie utilisé dans l'étape de sortie programmable de la Figure 2,
la Figure 4 est un schéma de circuit d'un multiplexeur simple qui utilise dix-huit des amplificateurs programmables selon la présente invention
la Figure 5 est un schéma de circuit d'un étage de sortie dont le gain peut être sélectionné, en d'autre termes à gain à sélectionner, qui utilise trois amplificateurs programmables selon la présente invention
la Figure 6 est un schéma fonctionnel d'une microplaquette à circuit intégré du type "X" qui utilise deux multiplexeurs simples de la
Figure 4 et deux des étages de sortie de la Figure 5 dont le gain peut être sélectionné, dans une application à multiples sorties, en formant ainsi un multiplexeur complexe
la Figure 7 est un schéma de circuit du multiplexeur dans lequel le circuit d'invalidation de sortie de la Figure 3 est combiné avec le multiplexeur simple de la Figure 4;
la Figure 8 est un schéma fonctionnel d'une microplaquette de circuit intégré de type "Y" qui utilise six des multiplexeurs de la Figure 7 et deux des étages programmables de sortie de la Figure 2;
la Figure 9 est un schéma fonctionnel qui représente l'application de cinq des microplaquettes de circuits intégrés du type "Y" de la Figure 8 pour former un multiplexeur deux cent huit à deux;
la Figure 10 est un schéma fonctionnel d'un système de sonde qui utilise de nombres applications de l'amplificateur programmable selon la présente invention ; et
la Figure 11 est un schéma de circuit d'une application de l'amplificateur selon la présente invention dont l'atténuation peut être sélectionnée, en d'autres termes à atténuation à sélectionner.
On va maintenant décrire un mode de réalisation préféré du présent amplificateur en commençant par une vue d'ensemble de celui-ci et en donnant ensuite une description détaillée de ses applications.
La Figure 1 représente le mode de réalisation préféré d'un amplificateur 100 selon l'invention. Il faut comprendre que le système spécifique représenté aux figures et décrit ici est donné à titre d'exemple. En effet, le but de cette description est de représenter des exemples préférés de la présente invention afin que l'homme de l'art puisse la comprendre et la mettre en oeuvre complètement. La présente description ne doit pas être considérée comme limitant l'invention aux exemples spécifiques décrits et représentés ici.
Dans la présente description, lorsque les termes de "connecté électriquement" sont appliqués à des éléments électriques comme une entrée et une sortie, ils signifient qu'un signal électrique, par exemple une tension, un courant, un signal analogique ou un signal numérique passent du premier élément à l'autre. Ceci est différent d'une connexion physique par des composants électriques. Par exemple, une entrée et une sortie peuvent être connectés physiquement par des câbles, des amplificateurs, des transistors, des résistances et d'autres composants électroniques, mais aucun signal ne passe de l'entrée vers la sortie parce qu'un ou plusieurs composants de commutation ou d'amplification peuvent être hors service. Dans ce cas, l'entrée et la sortie ne sont pas "électriquement connectées".Dans cette description, un moyen "amplificateur" est un circuit électronique qui laisse transmet des signaux sans distorsion significative, habituellement en en modifiant l'amplitude, et ce terme désigne, non simplement des amplificateurs à gain positif, mais aussi des amplificateurs 1 :1 ainsi que des amplificateurs négatifs.
L'amplificateur 100 inclut un transistor d'entrée 102, un transistor de sortie 104 et un transistor de commande 118 de sortie. Les émetteurs 106 et 108 des deux transistors sont connectés de façon à former une paire d'émetteurs 110. L'entrée 112 de l'amplificateur 100 est connectée à la base du transistor 102, tandis qu'un circuit de rétroaction 114 est connecté entre le collecteur et la base du transistor 104. La sortie 116 de l'amplificateur est connectée à la base du transistor de sortie 104 et au collecteur du transistor de commande 118 de sortie de la boucle de rétroaction 114, transistor 118 qui commande la sortie 116 d'amplificateur pour produire un gain additionnel. Le noeud 119 connecté au collecteur du transistor de sortie 108 et à la base du transistor de commande 118 de sortie est connecté à la masse à travers la résistance 115. Le collecteur du transistor 118 est connecté à la source d'énergie de + 1,35 volt.
I1 faut noter que les sources de tension sont représentées, dans la présente description, sous la forme d'une ligne, comme 117, à côté de laquelle la tension est écrite. L'alimentation en énergie 1024, représentée à la Figure 10, de la sonde, produit des tensions de + 6,0 volts, + 1,35 volt et - 3,0 volts. Chaque microplaquette de circuit intégré, ou IC, qui sera décrite ci-dessous comporte également un circuit inclus sur la microplaquette qui engendre - 1,44 volt. D'autres tensions intermédiaires sont obtenues d'une manière classique en plaçant une ou plusieurs diodes qui atténuent la tension entre la ligne portant la tension "haute" ou "basse", selon ce qui est approprié, et la partie du circuit où la source d'énergie intermédiaire est représentée.
Le caractère programmable est réalisé par un moyen d'activation 120 de l'amplificateur et un moyen de sélection 1043, 1044, représenté à la Figure 10, de ce dernier. Le moyen d'activation 120 inclut une source de courant 125, un moyen commutateur 177 qui inclut un transistor 122 et un verrou, ou bascule, programmable 124, et une résistance 126. Le collecteur du transistor 122 est connecté à la paire d'émetteurs 110, tandis que son émetteur est connecté à travers la résistance 126 à la source d'énergie de - 3,0 volt. La sortie du verrou 124 est connectée à la base du transistor 122. Le verrou 124 est connecté au programmateur 1021, représenté à la Figure 10, par l'intermédiaire d'une ligne 127 de donnée et d'une ligne 128 de signaux d'horloge.
Comme décrit de façon plus détaillée dans ce qui suit, le verrou 124 est l'un des verrous d'une série de verrous qui forment ensemble un registre à décalage. En utilisant un dispositif d'entrée 1041, représenté à la Figure 10, par exemple un clavier 1042 ou un cadran 1045, un utilisateur sélectionne un ou plusieurs amplificateurs à activer. La sélection effectuée à l'aide du dispositif d'entrée 1041 amène le programmateur 1121, qui inclut un microprocesseur 1025 et une mémoire 1026, à envoyer comme signaux d'horloge, une série de bits à travers les verrous, comme 124, afin de les programmer.Si le verrou 124 est programmé à un niveau "1" logique, sa sortie passe au niveau haut et le transistor 122 est mis en service pour connecter la paire d'émetteurs à l'alimentation en énergie de bas niveau, en appliquant la polarisation basse aux deux jonctions base émetteur des transistors 102 et 104 pour les mettre en service et à la source de courant 125 pour les alimenter, ce qui active l'amplificateur 100. Si le verrou 124 est programmé à un "0" logique, sa sortie reste basse et le transistor 122 reste en service en maintenant l'amplificateur 100 en condition désactivée. Comme décrit d'une façon plus détaillée ci-dessous, chaque banque de verrous est mise à la masse séparément pour assurer un niveau de polarisation stable et précis pour le moyen d'activation 120.
Aux dessins annexés, les masses sont représentées par un triangle, comme en 129.
L'amplificateur 100 constitue donc, à partir de l'entrée 112 vers la sortie 116, un "canal" 111 qui peut être programmé pour être en service ou hors service. Lorsque l'amplificateur 100 est hors service, des signaux placés à l'entrée 112 n'exercent aucun effet sur la sortie 116.
Lorsque l'amplificateur 100 est en service, des signaux placés à l'entrée 112 sont transmis à la sortie 116 pour une faible distorsion pour des largeurs de bande pouvant aller d'un courant continu à la plage des gigahertz.
Cet amplificateur de base est utilisable pour constituer
un canal unique, comme à la Figure 2, programmable pour être, soit dans un état en service, soit dans un état hors service à haute impédance, essentiellement sans courant, qui apparaît essentiellement comme un circuit ouvert pour des circuits extérieurs, ou
un multiplexeur à canaux multiples comme représenté à la
Figure 4, ou
un étage de sortie à gain à sélectionner comme représenté à la
Figure 5, ou
un étage d'entrée de canal à atténuation à sélectionner comme représenté à la Figure 11, ou
de nombreux autres dispositifs à canal unique ou à canaux multiples.
En revenant à la Figure 1, la paire d'émetteurs 110 est également connectée à un circuit 140 de polarisation d'état hors service qui inclut un transistor 142 et une résistance 144. Le collecteur et la base du transistor 142 sont connectés à la paire d'émetteurs 110 et son émetteur est connecté à la masse. Dans cette configuration, le transistor 142 agit, de manière bien connue dans l'art, comme une diode dont la cathode est connectée à la masse. La paire d'émetteurs 110 est également connectée à l'alimentation en énergie de + 1,35 volt à travers la résistance 144. Le circuit 140 de polarisation d'état hors service amène à force la paire d'émetteurs 110 à une tension réglée de coupure lorsque l'amplificateur 100 n'est pas activé, et il aide en outre à réduire un couplage entre amplificateurs adjacents, c'est-à-dire entre canaux adjacents.De préférence, la tension réglée de coupure est d'environ 0,75 volts, ce qui polarise en sens inverse les jonctions base/émetteur des transistors 102 et 104 lorsque le verrou 124 est hors service.
L'amplificateur 100 inclut aussi un circuit de polarisation 150 d'alimentation en énergie. Le collecteur du transistor 102 est connecté à la masse. Comme on le verra plus loin, chaque canal de dispositifs à canaux multiples comporte une polarisation séparée d'alimentation en énergie. Chaque canal de sortie possède sa propre source d'énergie séparée, c'est-à-dire une connexion séparée à l'alimentation d'énergie de la microplaquette, cette source d'énergie alimentant en énergie ce canal depuis l'entrée jusqu'à la sortie. Ceci empêche une couplage parasite entre canaux adjacents par l'intermédiaire de l'alimentation en énergie. Ceci constitue donc une isolation lorsque le canal est hors service.
L'amplificateur 100 inclut en outre un circuit de polarisation 170 qui inclut un transistor 172 et une résistance 174. Le collecteur du transistor 172 est connecté à l'émetteur du transistor de commande 118 de sortie et son émetteur est connecté à travers la résistance 174 à la source d'énergie de - 3,0 volt. La base du transistor 172 est connectée à une source d'alimentation à + 1,5 volt. Le circuit de polarisation 170 alimente en courant le transistor de commande 118 de sortie de façon que le transistor passe en service lorsque le reste du circuit 100 passe en service et passe hors service lorsque le reste du circuit 100 passe hors service.
De préférence, tous les transistors de ce circuit et d'autres circuits compris dans la présente description sont des transistors bipolaires NPN. Le verrou 124 et les autres verrous décrits ci-dessous peuvent consister en un dispositif quelconque qui comporte une sortie qui peut être entrée en verrou dans l'un de deux états : un état "bas" ou "0" logique qui est de préférence d'environ - 2,6 volts dans ce mode de réalisation, et un état "haut" ou "1" logique qui est de préférence d'environ + 1,6 volts dans ce mode de réalisation. Les types et les valeurs des autres composants électroniques dépendent de l'application, et des exemples en seront donnés ci-dessous.
On décrira plus loin plusieurs modes de réalisation préférés de l'amplificateur selon la présente invention et on montrera ensuite, à la
Figure 10, comment ces modes de réalisation peuvent être intégrés dans un système 1000 de sonde. Ces modes de réalisation préférés de l'amplificateur sont implantés sur des microplaquettes de circuits intégrés. Ceci permet de placer un grand nombre de canaux dans un petit boîtier, par exemple un corps de sonde tenu à la main. C'est une particularité importante de l'invention que la structure de l'amplificateur de base permet de placer très près l'un de l'autre plusieurs amplificateurs sans couplage entre les amplificateurs, et de réaliser cependant la grande largeur de bande et la faible distorsion nécessaire pour des amplificateurs d'instrumentation.Ainsi, la structure de l'amplificateur conduit à la possibilité d'incorporer un grand nombre de tels amplificateurs dans un circuit intégré, et de fournir donc une nouvelle dimension à l'instrumentation.
On va maintenant décrire de façon détaillée plusieurs applications de l'amplificateur.
En se référant en premier lieu à la Figure 2, un mode de réalisation préféré d'un étage de sortie programmable 200 utilisé dans la sonde 1000 y est représenté. Le circuit 200 inclut un circuit d'invalidation de sortie 201, une entrée 202, une sortie 204, des verrous
YPAON, YPAOF et YPAL, des transistors 210 à 219, un condensateur 220, des résistances 226 à 237, et des diodes 240 et 241. L'entrée 202 est connectée à la base du transistor 210. Le collecteur du transistor 210 est connecté à une source d'alimentation en énergie de + 1,35 volt tandis que l'émetteur est connecté à l'émetteur du transistor 211 par l'intermédiaire des résistances 226 et 227 connectées en série. La base du transistor 211 est connectée à la sortie 204 tandis que l'émetteur est connecté au noeud 270, qui est équivalent au noeud 119 du circuit de la
Figure 1.Le noeud 268 situé entre la résistance 226 et 227 est connecté aux collecteurs des transistors 212 et 213, à la base du transistor 212, et à une source d'alimentation en énergie de + 1,35 volt à travers la résistance 228. L'émetteur du transistor 212 est connecté à la masse.
L'émetteur du transistor 213 est connecté à l'alimentation en énergie de - 3,0 volts à travers la résistance 229. La base du transistor 213 est connectée à la sortie du verrou YPAON. Des verrous YPAON, YPAOF et YPAL sont connectés à la ligne sérielle 250 de donnée qui vient le plus directement du verrou YA18, représenté à la Figure 7, mais qui vient en définitive du programmateur 1121. Les verrous YPAON et
YPAOF constituent les signaux d'invalidation de sortie VLATCHON et
VLATCHOFF du circuit 201. Le circuit d'invalidation de sortie 201 est aussi connecté à la source d'énergie de + 1,35 volt, à la source d'énergie de + 6,0 volts et à la source d'énergie de - 3,0 volt. Il produit une tension VOFF d'environ 0,1 volt sur sa sortie 285 et un courant IOFF d'environ 0,5 milliampères sur sa sortie 286.La ligne 285 est connectée à la masse à travers le condensateur 220 et au noeud 270 à travers la résistance 230. Le condensateur 220 et la résistance 230 réalisent une compensation à haute fréquence pour l'amplificateur. La ligne 286 est connectée à la base du transistor 214. La base du transistor 214 est connectée à la source d'énergie de + 6,0 volts à travers la résistance 231.
Le collecteur du transistor 214 est connecté à la cathode de la diode 240 et l'anode de la diode est connectée à la source d'énergie de + 6,0 volts.
L'émetteur du transistor 214 est connecté au noeud 270 à travers la résistance 232. Le noeud 270 est connecté au collecteur du transistor 211 et à la base du transistor 215, qui exerce une fonction similaire à celle du transistor 118 de la Fig. 1, sauf que son état hors service est réglé plus étroitement par le circuit 280. Le collecteur du transistor 215 est connecté à une source d'énergie de + 1,35 volt et son émetteur est connecté à la sortie 204 et à la base du transistor 211. Le collecteur du transistor 213 est connecté à la sortie 204, son émetteur est connecté à la source d'énergie de - 3,0 volt à travers la résistance 268, et sa base est connectée à l'émetteur du transistor 217 à travers la résistance 233.Le collecteur du transistor 217 est connecté à la masse et sa base est connectée au collecteur du transistor 218, à la masse à travers la résistance 234, et à la cathode de la diode 241 dont l'anode est connectée à la base du transistor 218 et à l'émetteur du transistor 219 à travers la résistance 235. L'émetteur du transistor 219 est connecté à la masse à travers la résistance 236, et son collecteur est connecté à la masse. La base du transistor 219 est connectée à la sortie du verrou YPAL.
De préférence, la valeur du condensateur 220 est de 0,2 picofarads, celles des résistances 226 à 238 sont 20 ohms, 20 ohms, 1,9
Kohms, 125 ohms, 500 ohms, 14 Kohms, 2,0 Kohms, 250 ohms, 14
Kohms, 7 Kohms, 14Kohms, 7Kohms et 250 ohms respectivement. Les verrous sont désignés par des désignations comme YPAON, YPAOF et
YPAL, ce qui indique leur position relative dans le circuit et dans un registre à décalage 297 qui fait partie du système de sonde de la
Figure 10. Ces désignations sont expliquées en détail en liaison avec la
Figure 10.
La Figure 3 représente un schéma de circuit détaillé du circuit d'invalidation de sortie 201 qui fait partie de l'amplificateur 200 représenté à la Figure 2. Ce circuit produit un courant IOFF sur sa sortie 286 et une tension VOFF sur sa sortie 285 en réponse à des signaux
VLATCHON et VLATCHOFF placés sur ses entrées 302 et 303, respectivement. Le circuit d'invalidation de sortie 201 inclut des transistors 310 à 318, des résistances 320 à 329 et des diodes 330 à 333. Le transistor 312 est un transistor à deux émetteurs. L'entrée 303 est connectée aux bases des transistors 310 et 311. L'entrée 302 est connectée à la base du transistor 312. Les émetteurs des transistors 310 et 311 sont connectés à l'un des émetteurs du transistor 312 et à la source d'énergie de - 3,0 volt à travers les résistances 320 et 321 respectivement.Le collecteur du transistor 312 est connecté à la masse. Les collecteurs des transistors 310 et 311 sont connectés à travers la résistance 322. Le collecteur du transistor 310 est de plus connecté à l'émetteur du transistor 313 et à la masse à travers la résistance 323, tandis que le collecteur du transistor 311 est aussi connecté à l'émetteur du transistor 314. Les bases des transistors 313 et 314 sont connectées à la masse. Le collecteur du transistor 314 est connecté à la sortie 285. Le collecteur du transistor 313 est connecté à l'émetteur du transistor 317. La base du transistor 317 est connectée à la masse à travers la résistance 325, à son collecteur à travers la diode 333 dont la cathode est connectée au collecteur, à une source d'énergie de + 1,35 volt à travers la diode 332 dont l'anode est connectée à la source d'énergie, et à la source d'énergie de + 6,0 Volts à travers la résistance 327. Le collecteur du transistor 317 est de plus connecté à la sortie 286. L'émetteur du transistor 315 est connecté à la masse à travers la diode 330 et la résistance 324 en série, l'anode de la diode étant connectée à l'émetteur. L'émetteur du transistor 316 est connecté à la masse à travers la résistance 329 et à l'anode de la diode 331 dont la cathode est connectée à la sortie 285. Les bases des transistors 315 et 316 sont connectées à la source d'énergie de + 6,0 volts à travers les résistances 326 et 328 en série.Le noeud 340 entre les résistances 326 et 328 est connecté à la base du transistor 318.
L'émetteur du transistor 318 est connecté à la source d'énergie de + 6,00 volts. L'émetteur du transistor 318 est connecté au collecteur du transistor 316. Les valeurs des résistances 320 à 329 sont de préférence de 1,1 Kohms, 5,0 Kohms, 32,5 Kohms, 32,5 Kohms, 2,0 Kohms, 97,5
Kohms, 40,0 Kohms, 65 Kohms, 40,0 Kohms et 32, 5 Kohms, respectivement. Le circuit d'invalidation de sortie produit une tension
VOFF d'environ 0,1 volt sur la sortie 285 et un courant IOFF d'environ 0,5 milliampères sur sa sortie 286.
Le circuit amplificateur 200 comprend essentiellement un amplificateur opérationnel 275 de rétroaction, une boucle 276 de rétroaction, un circuit programmable hors service 280, et un circuit de polarisation 290. L'amplificateur 200 diffère de l'amplificateur de base 100 en ce qu'il inclut des résistances 226 et 227 connectées entre la paire d'émetteurs 205 et 206, en ce que le circuit de polarisation 290 est plus complexe que le circuit 170 de la Figure 1 et est programmable, et en ce qu il inclut le circuit programmable hors service 280. Les résistances 226 et 227 réduisent le gain de boucle de l'amplificateur 275. Le circuit de polarisation 290 est équivalent au circuit 170 ; en effet, le circuit de polarisation 170 est une représentation générale d'un circuit de polarisation tandis que le circuit 290 est une mise en oeuvre réelle d'un tel circuit.Le circuit 290 fournit un courant de polarisation à l'émetteur du transistor 215 lorsque YPAL est au niveau bas et ne fournit aucun courant lorsque YPAL est au niveau haut, de sorte que le transistor 215 est alors arrêté et que la sortie est invalidée.
La fonction du circuit programmable hors service, 280 est, en liaison avec le circuit de polarisation 290, de maintenir hors service le transistor 214 lorsque l'amplificateur 275 est hors service. Dans une application typique du circuit de sortie programmable 200, par exemple l'application représentée aux Figures 8 et 9, des tensions sont appliquées à la sortie 204 en raison des sorties d'autres circuit qui sont raccordés en marguerite à une ligne de sortie de tête de sonde comme 924. Lorsque le transistor 213 est hors service, c'est-à-dire lorsque l'amplificateur 275 est hors service, la tension au noeud 270 monte à environ 2,1 volts, ce qui pourrait, en combinaison avec certaines tensions qui pourraient apparaître sur la sortie 204, mettre en service le transistor 215.Le courant IOFF appliqué à la base du transistor 214 maintient hors service ce transistor et assure qu'aucun courant ne passe à travers l'amplificateur ou à partir de la sortie 204. Si le transistor 214 était hors service, le noeud 270 flotterait. La tension
VOFF engendrée par le circuit d'invalidation de sortie 201 maintient le noeud 270 à 0,1 volt environ, et ceci, en combinaison avec la polarisation produite par le circuit 290 de polarisation lorsque le verrou YPAL est en service, maintient hors service le transistor 215 pour toute tensions raisonnables qui pourraient apparaître sur la sortie 204. Le résultat de la combinaison de IOFF et de VOFF est que la partie 204 apparait comme circuit ouvert pour un circuit quelconque qui lui est connecté.Ainsi, le circuit 200 produit un canal unique 251 qui est programmable pour être, soit dans un état en service dans lequel il transmet à sa sortie 204 avec une faible distorsion, des signaux d'une grande largeur de bande de fréquences appliqués à son entrée 202, soit dans un état hors service, dans lequel la sortie 204 est un état à haute impédance sans courant, qui ressemble à un circuit ouvert. Comme on le verra plus loin, cette particularité permet de raccorder en marguerite à la sonde de sortie un grand nombre de microplaquettes de circuits intégrés, ce qui augmente fortement le nombre de canaux qui peuvent être placés dans un système de sonde en n'utilisant que deux microplaquettes spécialisées de circuits intégrés.
La Figure 4 représente un schéma détaillé de circuit d'un amplificateur multiplexeur simple 400 qui utilise dix-huit amplificateurs opérationnels à rétroaction 402, semblables à l'amplificateur 100 de la Figure 1, pour connecter l'une quelconque des dix-huit entrées 403 à une sortie unique 404. L'amplificateur multiplexeur ou, en abrégé, muxamp 400 est implanté en tant que partie d'un circuit intégré de type "X", ou ICX, 401 comme représenté à la Figure 6. Le muxamp 400 inclut dix-huit entrées 403, des transistors 406, 407, 408, 410, 412 et 414, des verrous XA1 à XA18, des diodes 451 et 454, des résistances 416, 418 et 460 à 466, un condensateur 470, et une sortie 404. Les transistors 408 et 428 sont des transistors à neuf émetteurs.De préférence, les valeurs des résistances 416, 418 et 460 à 466 sont de 100 ohms, 88 ohms, 125 ohms, 2 Kohms, 500 ohms, 2,3 Kohms, 1 Kohm, 200 ohms1 et 1,8 Kohms, respectivement. La valeur du condensateur 470 est de préférence de 0,2 picofarads.
Chacun des dix-huit amplificateurs opérationnels 402 comprend deux transistors, comme 407 et 408, dont les émetteurs, comme 481 et 482, sont connectés de façon à former une paire d'émetteurs 480. Dans le mode de réalisation représenté, le transistor 408 est un transistor à neuf émetteurs, de sorte qu'il agit comme deuxième transistor pour les neuf premiers amplificateurs différentiels, tandis qu'un deuxième transistor 428 à neuf émetteurs agit comme deuxième transistor pour les neuf derniers amplificateurs différentiels. La commande de sortie et la rétroaction pour la totalité des dix-huit amplificateurs opérationnels 402 est réalisée par la partie de commande de sortie et de rétroaction 405. Ainsi qu'il ressortira clairement de ce qui suit, chacun de ces dix-huit amplificateurs opérationnels 402 définit un canal multiplexeur séparé.
L'entrée Inl 403 est connectée à la base du transistor 407 et est aussi mise à la masse à travers la diode 451, dont l'anode est connectée à la masse. Dans cette configuration, la diode 451 protège contre des tensions négatives excessives appliquées à l'entrée Inl. La diode 451 commence à être mise en service lorsque la tension négative sur l'entrée atteint environ - 0,7 volt. Une protection contre des excursions de tension positive est réalisée par la jonction collecteur/base du transistor 407 qui est essentiellement une diode, de manière bien connue dans l'art. Le collecteur du transistor 407 est connecté à la masse.
La polarisation séparée de chaque canal, c'est-à-dire la connexion séparée de chaque canal à l'alimentation en énergie, empêche un couplage parasite entre canaux adjacents à travers l'alimentation en énergie. Elle constitue donc une isolation lorsque le canal est hors service. La paire d'émetteurs 480 est connectée au collecteur du transistor 406. La base du transistor 406 est connectée à la sortie du verrou XA1. La ligne 450 de donnée applique le signal de donnée à un registre à décalage 497 qui inclut des verrous XA1 à XA18.
Un signal d'horloge est de plus appliqué pour rythmer le verrou, de manière bien connue dans l'art. Les verrous XA1 à XA18 sont aussi connectés à la masse pour produire un niveau de polarisation précis, répétitif, pour chaque commutateur de réglage, par exemple celui qui comprend le verrou XA1 et le transistor 406. Puisque chaque banque de verrous comme la banque de XA1 à XA18 est associée à une sortie comme 404 ou, en termes de la microplaquette 401, la sortie 502, et que chaque sortie possède une source d'alimentation en énergie et une masse séparées, il faut noter que chaque canal actif est alimenté et mis à la masse de façon séparée, ce qui isole les canaux actifs l'un de l'autre.
L'émetteur du transistor 406 est connecté à la source d'énergie de - 3,0 volt à travers la résistance 460. Lorsque le verrou XA1 passe au niveau haut, il met en service le transistor 406, qui constitue une source de courant pour le circuit d'amplificateur opérationnel 402 qui passe à travers le premier émetteur du transistor 408 et inclut le transistor 407, en activant cet amplificateur opérationnel et en mettant donc en service le canal 1 du multiplexeur "A" 400 du ICX 401 à la Figure 6. Ceci connecte électriquement l'entrée associée à ce canal à la sortie 404 du muxamp 400 et, en définitive, à la sortie sélectionnée 1029 ou 1030 de la sonde 1000 représentée à la Figure 10.
En revenant maintenant à la description de la Figure 4, le circuit 405 compris entre l'entrée In18 et le dernier émetteur du transistor 428 est identique en structure et en fonctionnement au circuit compris entre l'entrée Inl et le premier émetteur du transistor 406, sauf que le verrou XA18 est dans une position différente dans le registre à décalage des verrous et que son fonctionnement est donc déterminé par le bit de cette position. Le premier de ces deux circuits définit le premier canal 490 associé au multiplexeur 400 de section "A", tandis que le dernier définit le dix-huitième canal 440 associé au multiplexeur 400 de section "A".De même, il existe un circuit semblable entre chacune des autres entrées In2 à In17 et l'émetteur correspondant, chacun d'eux définissant un canal multiplexeur.
Chacun de ces circuits comprend un amplificateur à paire d'émetteurs, qui inclut un émetteur 481, 443 de transistor d'entrée et un émetteur 482, 444 de transistor de sortie qui forment une paire d'émetteurs 480, 442, un moyen d'activation 445 qui inclut : une source de courant comme 474 ; et un moyen commutateur 477 qui comprend un transistor, comme 406, et un verrou, comme XA1. Le moyen commutateur 477 connecte la source de courant 474 à l'amplificateur 480 pour activer l'amplificateur lorsqu'un "1" logique est décalé vers le verrou XA1 par l'intermédiaire de la ligne 450 de donnée et le verrou passe au niveau haut pour activer le transistor 406.
Les collecteurs des transistors 408 et 428 sont connectés à la base du transistor 410, à une source d'énergie de + 6,0 volts à travers la résistance 463, et à la masse à travers la résistance 462 et le condensateur 470 connectés en série. Le collecteur du transistor 410 est connecté à une source d'énergie à + 2,0 volts et son émetteur est connecté à la base du transistor 412 et à la sortie 404 du muxamp à travers la résistance 464. Le collecteur du transistor 412 est connecté à la source d'énergie à + 1,35 volt et son émetteur est connecté à la sortie 404. La sortie 404 est aussi connectée aux bases des transistors 408 et 428 à travers la résistance 416 pour réaliser une rétroaction. Les bases des transistors 408 et 428 sont aussi connectées à la masse à travers la résistance 418 et à l'entrée 492 de tension de déport à travers la résistance 466.La tension de déport est appliquée à partir du module de réglage 1022 de calibrage représenté à la Figure 10 et constitue un moyen d'ajustement du circuit 400 de muxamp dans un but de calibrage.
Le muxamp 400 peut être considéré comme incluant un multiplexeur 18 :1 désigné par 453 et un amplificateur de commande 455 de sortie. Il inclut aussi dix-huit circuits 449 de polarisation d'alimentation en énergie, un pour chacun des dix-huit circuits amplificateurs comme 402, et un circuit de polarisation 471. Les circuits de polarisation d'alimentation en énergie, comme 449, et le circuit de polarisation 471 sont les mêmes que les circuits 150 et 170, respectivement, de la Figure 1, et ne seront pas décrits de nouveau. Le circuit de commande 455 de sortie inclut deux transistors de commande 410 et 412 de sortie connectés à une résistance de polarisation 464. Il inclut aussi un diviseur de tension, qui comprend des résistances 416 et 418, de sorte que le gain d'ensemble du muxamp 400 est de 2,1, et il inclut le circuit d'ajustement de tension de déport mentionné ci-dessus.La résistance 462 et le condensateur 470, comme la résistance 230 et le condensateur 220 de la Figure 2, réalisent une compensation de haute fréquence pour l'amplificateur 400. Ainsi, en combinant dix-huit amplificateurs opérationnels selon l'invention, le muxamp 400 constitue un multiplexeur simple à dix-huit canaux qui transmet à sa sortie 404 pour une distorsion faible, dans une forte largeur de bande de fréquences, un signal sélectionné parmi les signaux entrés sur les dix-huit entrées 403.
Un autre mode de réalisation selon la présente invention est représenté à la Figure 5. Dans ce mode de réalisation, trois amplificateurs programmables 524, 525 et 526, qui diffèrent l'un de l'autre par leurs gains, sont combinés de façon à réaliser un circuit 500 à gain à sélectionner. Le circuit 500 à gain à sélectionner, inclut une entrée 501, une sortie 502, des transistors 510 à 523, des verrous XGA1 à
XGA3, des résistances 532 à 547, et des condensateurs 552 et 554. Les bases des transistors 510, 511 et 512 sont connectées à l'entrée 501 de l'étage de sortie, tandis que leurs collecteurs sont connectés à une source d'énergie à + 1,35 volt. L'émetteur du transistor 510 est connecté à l'émetteur du transistor 515 à travers les résistances 540 et 546 en série. Le noeud 560 situé entre les résistances est connecté au collecteur du transistor 516.L'émetteur du transistor 511 est connecté à l'émetteur du transistor 514 et au collecteur du transistor 517.
L'émetteur du transistor 512 est connecté à l'émetteur du transistor 513 et au collecteur du transistor 518. Chacun des collecteurs des transistors 513, 514 et 515 est connecté à la source d'énergie à + 6,0 volts à travers la résistance 545 et à la base du transistor de sortie 522. Les émetteurs des transistors 516 à 518 sont connectés à la source d'énergie à - 3,0 volt à travers la résistance 541. Les sorties des verrous XGA1, XGA2 et XGA3 sont connectées aux bases des transistors 516, 517 et 518 respectivement, et sont aussi connectées par l'intermédiaire de la ligne 574 à la base du transistor correspondant de l'étage correspondant 602 de sortie de déclenchement, représenté à la Figure 6. Chaque verrou est connecté de façon sérielle le long de la ligne 450 de donnée de registre à décalage qui vient de la façon la plus immédiate du verrou XMB3 et en définitive du programmateur 1121 de la Figure 10 et passe, après avoir traversé les verrous XMA1, XMA2 et XMA3, vers le verrou d'un circuit tampon de température non représenté, situé dans la microplaquette ICX.
Comme décrit ci-dessus, chaque verrou comprend également une entrée de signaux d'horloge et est mis à la masse. Comme pour les circuits associés aux verrous de la Figure 1, chaque ensemble verrou/transistor comme l'ensemble XGA2/517 constitue une source de courant susceptible d'être commutée pour l'amplificateur opérationnel associé, comme ce qui comprend les transistors 511 et 513, source de courant qui peut être mise en service ou hors service par le verrou afin de régler celui des amplificateurs 524, 525 ou 535 qui est traversé par l'entrée de signaux sur la ligne 501.
Chaque noeud 560, 561 et 562 situé entre les paires d'émetteurs des trois amplificateurs différentiels est connecté à la source d'énergie de + 1,35 volt à travers une résistance comme 543 et est connecté au collecteur et à la base d'un transistor comme 520, dont l'émetteur est connecté à la masse, le transistor, comme 520, agissant dans cette configuration comme diode. Ce circuit assure que la jonction base/émetteur des transistors comme 511 et 514 est polarisée en sens inverse lorsque le verrou correspondant comme XGA2 est hors service, de sorte que ces transistors restent hors service.De plus, cet agencement amène les diodes, comme 520, à passer en service lorsque le verrou, comme XGA2, est hors service et à connecter le noeud à la masse, ce qui empêche tout signal d'être couplé à travers l'amplificateur opérationnel correspondant.
Le collecteur du transistor 522 est connecté à une source d'énergie à + 1,35 volt et son émetteur est connecté à la sortie 502. La base du transistor 515 est connectée à la sortie 502 à travers la résistance 536 et à la masse à travers la résistance 537. La base du transistor 514 est connectée à la sortie 502 à travers la résistance 534 et à la masse à travers la résistance 535. La base du transistor 513 est connectée à la sortie 502 à travers la résistance 532 et à la masse à travers la résistance 533. Chacune de ces paires de résistances, comme 532 et 533, constitue un diviseur de puissance qui détermine le gain de l'amplificateur correspondant, comme 524.
La base du transistor 513 est aussi connectée à la masse à travers le condensateur 552 et la résistance 539 en série, et à la masse à travers le condensateur 554 et la résistance 538 en série. Ce circuit 587 constitue une compensation de câble pour l'amplificateur opérationnel 524.
Le collecteur du transistor 523 est connecté au noeud de sortie 542 et son émetteur est connecté à la source d'énergie à - 3,0 volt à travers la résistance 547. Sa base est connectée à une source d'énergie à - 1,44 volt. Le circuit de polarisation est le même que le circuit 170 à la
Figure 1 et exerce la même fonction.
1l ressort de ce qui précède, que l'étage de sortie 500 à gain à sélectionner comprend trois amplificateurs opérationnels programmables 524, 525 et 526 qui partagent un transistor de commande 522 de sortie. Par exemple, l'amplificateur programmable 525 comprend les transistors 511, 514 et 517, le verrou XGA2, les résistances 534, 535, 541 et 543 et la diode 520, ainsi que le transistor 522 de sortie. La rétroaction qui en fait un amplificateur à rétroaction 525 est constituée par la résistance 534 et le noeud 578 et la division de tension qui détermine le gain de l'amplificateur 525 est réalisée par les résistances 534 et 535. Le caractère programmable est réalisé par un moyen d'activation 498 qui est le même que le moyen d'activation 120 de la Figure 1.Par exemple, l'amplificateur 525 est programmé par la donnée appliquée au registre à décalage qui inclut le verrou XGA2. Si le verrou XGA2 contient un "0" logique, le verrou et l'amplificateur programmable 535 sont programmés pour être hors service et, si le verrou XGA2 contient un "1" logique, le verrou et l'amplificateur programmable 535 sont programmés pour être en service. De même, le verrou XGA1 détermine si l'amplificateur 524 est en service ou hors service, et le verrou XGA3 détermine si l'amplificateur 526 est en service ou hors service.
De préférence, les valeurs des résistances 532 à 547 sont 125 ohms, 105 ohms, 125 ohms, 105 ohms, 90 ohms, 1, 1 Kohms, 420 ohms, 1,5 Kohms, 20 ohms, 125 ohms, 2 Kohms, 2 Kohms, 2Kohms, 2,7
Kohms, 20 ohms, et 100 ohms, respectivement. De préférence, les valeurs des condensateurs 552 et 554 sont de 1 picofarad et 6 picofarads, respectivement. Il résulte de ces valeurs un gain de 2,2 avec compensation de câble pour l'amplificateur 524, un gain de 2,2 pour l'amplificateur 525 et un gain de 1,1 pour l'amplificateur 526.Ainsi, la combinaison de trois amplificateurs programmables selon la présente invention, qui comportent chacun un circuit diviseur de tension différent, forme un circuit 500 à gain à sélectionner qui transmet vers la sortie 502 un signal entré sur la ligne 501 pour une grande largeur de bande de fréquences avec une distorsion faible et selon le gain sélectionné, et aussi avec une compensation de câble si c'est l'amplificateur 524 qui est sélectionné.
La Figure 6 représente un schéma fonctionnel du circuit intégré 401 de type "X" que l'on appellera aussi ici en abrégé un circuit ICX. Le circuit ICX 401 comporte dix-huit entrées 601 qui sont connectées à chacun des deux canaux, qui sont désignés par canal "A" et canal "B".
Les deux canaux "A" et "B" sont identiques et ils sont constitués chacun d'un muxamp 400 qui est identique au muxamp 400 de la
Figure 4, et d'un étage de sortie 500 à gain à sélectionner qui est identique au circuit 500 à gain à sélectionner de la Figure 5. Certains composants du muxamp 400 et du circuit 500 à gain à sélectionner sont représentés dans le canal "A" pour permettre de se référer plus facilement à la figure : par exemple les noeuds 577, 578 et 579 correspondent aux noeuds qui portent les mêmes références numériques à la Figure 5. Cependant, il faut noter que les transistors 402 et 428 de la Figure 4 font partie tant du multiplexeur 454 que de l'amplificateur de commande 455 de sortie, bien que ceci ne puisse pas être représenté à la notation de la Figure 6.Chacun des canaux "A" et "B" inclut aussi un étage de sortie de déclenchement, comme 602.
L'étage 602 de sortie de déclenchement est le même que l'étage 500 de sortie à gain à sélectionner, sauf qu'il n'inclut pas les condensateurs et les résistances de compensation de câble, puisque les étages de sortie à déclenchement ne sont pas utilisés dans les applications dans lesquelles sont utilisés de longs câbles connectés aux étages de sortie de plus, cet étage n'inclut pas les verrous XGA1 à XGA3 mais utilise en revanche des signaux qui proviennent des verrous XGA1 à XGA3 dans l'étage de sortie 500 par la ligne 610. Puisque l'entrée de l'étage 602 de sortie à déclenchement est connectée à l'entrée 501 de l'étage de sortie 500 à gain à sélectionner, chaque fois qu'un canal de multiplexeur, par exemple le canal associé à l'entrée In6 est sélectionné dans l'étage de sortie 500 à gain à sélectionner, le canal correspondant, par exemple le canal 6, est sélectionné pour l'étage 602 de sortie à déclenchement.
L'utilisation de la sortie des verrous XGA1 à XGA3 par l'étage de sortie 602 à déclenchement élimine trois verrous dans chaque canal "A" et "B" et assure que le gain de l'étage 602 de sortie à déclenchement est le même que celui de l'étage de sortie 500 à gain à sélectionner.
Comme indiqué ci-dessus, chaque entrée 601 de microplaquette
ICX est connectée à la fois au canal "A" et au canal "B". Dans chaque canal, la sortie 404 du muxamp 400 devient l'entrée 501 de l'étage de sortie 500 à gain à sélectionner et de l'étage 602 de sortie à déclenchement. Ainsi, la microplaquette ICX 401 est un mode de réalisation à sorties multiples de l'invention dans lequel une entrée 601 de microplaquette, par exemple In6, peut être connectée à deux amplificateurs opérationnels selon l'invention, c'est-à-dire que l'amplificateur opérationnel associé au 6-ième émetteur du transistor 408 à la Figure 4 et l'amplificateur opérationnel correspondant du canal "B", chacun des amplificateurs possédant une sortie séparée, par exemple la sortie XOUTA pour le canal "A" et la sortie XOUTB pour le canal "B".La microplaquette ICX 401 peut être programmée pour connecter une entrée unique à l'une quelconque des sorties multiples
XOUTA et XOUTB. Ou, de façon plus générale, la microplaquette ICX 401 peut être programmée pour connecter l'une quelconque de ses dix-huit entrées 601 à l'une et/ou à l'autre de ses deux sorties XOUTA ou XOUTB. Ainsi, en combinant plusieurs circuits simples 400 à multiplexeur et des circuits de sortie 500 à gain à sélectionner, la microplaquette ICX 401 constitue un multiplexeur complexe 680 à entrées à sélectionner, à sorties à sélectionner et à gain à sélectionner, et dans lequel les signaux sont transmis avec une faible distorsion dans une grande largeur de bande de fréquences.
En se référant aux Figures 1, 4 et 6, et en analysant le multiplexeur complexe 680 d'une autre manière, l'amplificateur 100 de multiplexage de base inclut deux parties : une partie de commutation 121 et une partie de rétroaction 114. Comme on peut le voir aux
Figures 4 et 6, une partie de commutation 421 est constituée pour chaque entrée 601 et pour chaque sortie 502 et 632. En effet, si I est le nombre d'entrées 601 et O est le nombre de sorties 502 et 632, le nombre de parties de commutation 421 est égal à I fois 0, c'est-à-dire 36 dans le mode de réalisation de la Figure 6. C'est une partie différente de commutation 421 qui est connectée entre chaque entrée et chaque sortie. C'est fondamentalement la raison pour laquelle une quelconque des entrées peut être connectée à l'une quelconque des sorties, et la programmation correspondante peut être précisément accomplie.En revanche, la partie de rétroaction 455 est commune à toutes les parties de commutation qui sont connectées à cette sortie. Ceci permet une partie de rétroaction relativement sophistiquée sans multiplier de façon indue la complexité du circuit. Cette structure permet une densité élevée de commutateurs de multiplexage tout en réalisant une intégrité élevée de signal et une grande largeur de bande.
La Figure 7 représente un amplificateur de type multiplexeur 700 implanté sous la forme d'un circuit intégré 802 "Y" représenté à la
Figure 8. L'amplificateur de type multiplexeur 700 comprend une combinaison de circuit décrits précédemment. Il inclut un circuit programmable hors service 780 qui est identique au circuit programmable hors service 280 de la Figure 2, sauf que les verrous
YAON et YAOF sont dans un registre à décalage différent 297 et sont donc connectés à une ligne différente de donnée 250. Il inclut un circuit d'invalidation de sortie 201 qui est identique au circuit d'invalidation de sortie des Figures 2 et 3.L'amplificateur multiplexeur 700 inclut aussi un circuit de polarisation 705 qui est identique au circuit de polarisation 290 de la Figure 2, sauf que le verrou YAL fait ici aussi partie du registre à décalage 297 et est connecté à une ligne différente de donnée 250. I1 inclut aussi un circuit de compensation 710 de câble qui est identique au circuit de compensation 587 de câble de la Figure 5, sauf que les valeurs des résistances 753 et 745 sont de 350 ohms et 1,5
Kohms, respectivement, et que les valeurs des condensateurs 752 et 744 sont de 1,4 picofarad et 6,7 picofarads, respectivement.Le reste du circuit 700 est identique au multiplexeur 454 et à l'amplificateur de commande 455 de sortie de la Figure 4, en omettant cependant les éléments de compensation 470 et 462 à hautes fréquences qui sont inclus dans le circuit 780, sauf que les verrous YA1 à YA18 sont ici aussi dans le registre à décalage 297 et sont connectés à la ligne de donnée 250, et que les valeurs des résistances 726 et 727 sont de 60 ohms et 180 ohms, respectivement. La seule autre différence est que les entrées 702 viennent d'un circuit diviseur d'entrée 862 situé sur la plaquette, comme représenté à la Figure 8, qui sera décrit ci-dessous. Les autres détails des composants du circuit 700 ne seront pas décrits de nouveau puisqu'ils l'ont déjà été.En combinant dix-huit amplificateurs opérationnels selon l'invention et le circuit programmable hors service 780, le muxamp 700 constitue un multiplexeur 790 à dix-huit canaux qui transmet vers sa sortie 704 un signal sélectionné parmi les signaux entrés sur les dix-huit entrées 70 avec une faible distorsion, dans une grande largeur de bande de fréquences et qui produit, lorsque tous les canaux du multiplexeur 754 sont hors service, un état à haute impédance, sans courant sur la sortie 704 qui ressemble à un circuit ouvert pour des circuits externes.
La Figure 8 représente un schéma fonctionnel du circuit intégré 802 du type "Y" que l'on désignera ici aussi en abrégé comme circuit
ICY. Le circuit ICY 802 comprend 54 entrées 860 qui sont connectées à un circuit diviseur d'entrée 1/20 comme 862. Chaque diviseur d'entrée, comme 862, est connecté à chacun des deux canaux, qui sont désignés ici aussi comme canal "A" et canal "B". Les canaux "A" et "B" sont identiques et seul le canal "A" sera donc décrit. Le canal "A" comprend un multiplexeur 54 :1 désigné par 810 et un étage de sortie programmable 200 comme représenté à la Figure 2. Le multiplexeur 54:1 désigné par 810 comprend trois multiplexeurs 22:1 désignés par 700, 820 et 822, qui sont chacun identiques au multiplexeur 700 représenté à la Figure 7.Ici aussi, certains composants du muxamp 700 sont représentés dans le canal "A" pour faciliter la référence à la figure.
Il faut noter ici aussi que les neuf transistors 706 et 728 de la Figure 7 font partie tant du multiplexeur 754 que de l'amplificateur 755 de commande de sortie, bien qu'il ne soit pas possible de le représenter à la notation de la Figure 8. Dans ce cas, l'amplificateur 755 de commande de sortie inclut le circuit programmable hors service 280.
Comme indiqué ci-dessus, chaque entrée 702 de la microplaquette ICY connecté, après le diviseur d'entrée, tant au canal "A" qu'au canal "B". Dans chaque canal, la sortie 704 du muxamp 700 est raccordée en marguerite avec les sorties des autres muxamps 820 et 822 pour former la sortie 870 du multiplexeur 54 :1 désigné par 810, qui devient l'entrée de l'étage de sortie programmable 200. Ainsi, la microplaquette ICY 802 est un mode de réalisation à sorties multiples de l'invention dans lequel une entrée 860 de microplaquette peut être connectée à deux amplificateurs opérationnels selon l'invention, chacun des amplificateurs possédant une sortie séparée, par exemple la sortie YOUTA pour le canal "A" et la sortie YOUTB pour le canal "B".
La microplaquette ICY 802 peut être programmée pour connecter une entrée unique à l'une quelconque des sorties multiples. Ou, de façon plus générale, la microplaquette ICY 802 peut être programmée pour connecter l'une quelconque de ses 54 entrées 860 à l'une et/ou à l'autre de ses deux sorties YOUTA ou YOUTB.Ainsi, en combinant plusieurs des circuits multiplexeurs simples 700 et des étages de sortie programmables 200, la microplaquette ICY 802 réalise un multiplexeur complexe à entrées à sélectionner et à sorties à sélectionner, dans lequel des signaux sont transmis depuis l'une quelconque des entrées 860 vers l'une quelconque des sorties YOUTA et YOUTB avec une faible distorsion dans une grande largeur de bande de fréquences et qui produit, lorsqu'aucun canal de l'un des multiplexeurs 810 ou 810 est sélectionné, un état à haute impédance, sans courant, de la sortie correspondante YOUTA ou YOUTB, respectivement, qui ressemble à un circuit ouvert pour des circuits extérieurs.
C'est une particularité de la présente invention qu'un grand nombre de muxamps 700 peuvent être raccordés en marguerite entre eux pour produire une microplaquette à grand nombre de canaux.
Trois de ces muxamps sont représentés raccordés en marguerite entre eux dans la microplaquette ICY 802, mais il serait possible aussi d'en combiner un beaucoup plus grand nombre de cette manière. Par exemple, il serait possible de réaliser une microplaquette à cent vingt six canaux en combinant sept muxamps 700 par canal. Ceci est possible parce que chaque muxamp 700 possède un circuit programmable hors service 780 qui règle les polarisations de son circuit 755 de commande de sortie. Ainsi, la sortie 704 par exemple ressemblerait à un circuit ouvert lorsqu'aucun canal du muxamp 700 n'est sélectionné, et elle n'interfère donc pas avec le signal de l'un ou l'autre des muxamp 820 ou 822 si l'un quelconque des canaux de ces muxamps est sélectionné.
De même, un signal qui vient d'un canal sélectionné dans le muxamp 820 ou 822 ne met pas en service l'amplificateur 755 de commande de sortie du muxamp 700.
La Figure 9 représente un schéma, en partie sous forme de schéma fonctionnel, d'une sonde 900 à boîtier extra plat rectangulaire, ou à PQFP selon les initiales du terme anglo-saxon Plastic Quad Flat
Pack, à deux cent huit broches dont les principaux composants sont quatre microplaquettes ICY 802. La connexion de chaque microplaquette 802 au circuit 900 de sonde est identique, de sorte qu'une seule sera décrite. La sonde 900 inclut une tête 903 de sonde et des câbles coaxiaux 905 et 906. La tête 903 de sonde inclut une mémoire 910, les quatre microplaquettes ICY 802, deux cent huit entrées 915 de sonde, deux cent huit résistances d'entrée 917, huit résistances de sortie comme 920 et 921, des microbandes 924 à 925 de 50 ohms de type câble coaxial, ou en abrégé "co-ax", et des résistances 927 et 928 de terminaison de microbandes.
La mémoire 940 est connectée à un circuit de réglage 1022 de calibrage, représenté à la Figure 10, par l'intermédiaire d'un câble 940, de préférence une connexion d'interface sérielle. La microplaquette 802 de circuit intégré est connectée au programmateur 1021 de sélection de canal par l'intermédiaire du câble 250 de donnée, qui est lui aussi de préférence une connexion d'interface sérielle. Chacune des microplaquettes 802 est connectée de façon sérielle à la microplaquette suivante par l'intermédiaire de la ligne de donnée 250. Cette connexion sérielle par l'intermédiaire de la ligne de donnée 250 transfère en séquence des données à travers les verrous, comme YA1, dans les microplaquettes ICY 802 et les verrous forment donc effectivement un registre à décalage 297, représenté à la Figure 7.
Chacune des entrées 915 de sonde est connectée à l'une des entrées 860 de la microplaquette ICY 802 par l'intermédiaire d'une résistance 917.
Comme décrit ci-dessus, chacune des microplaquettes ICY 802 inclut une sortie YOUTA de canal "A" et une sortie YOUTB de canal "B".
Chacune des sorties du canal "A" est connectée à la microbande 924 à travers une résistance, comme 920, et chacune des sorties du canal "B" est connecté à la microbande 925 à travers une résistance 921. Les microbandes 924 et 925 sont connectées à la masse par l'intermédiaire de résistances 927 et 928 de terminaison, respectivement, et aux câbles coaxiaux 905 et 906, respectivement. Les résistances 917 sont de préférence des résistances de 150 ohms incorporées dans la carte de circuit imprimé de la tête 903 de sonde. Les valeurs des résistances 921, 922, 927 et 928 sont de préférence de 50 ohms.
C'est une particularité de la présente invention que les sorties des microplaquettes 802 sont simplement raccordées en marguerite le long d'une microbande. Ceci est possible parce que chaque sortie
YOUTA et YOUTB de chaque microplaquette 802 est connectée de façon interne à un étage de sortie programmable 200, comme représenté à la
Figure 2, qui maintient la sortie à un état à haute impédance, sans courant, qui ressemble à un circuit ouvert lorsque tous les canaux de cette microplaquette sont désactivés. Ainsi, la sortie n'interfère pas avec un signal qui provient d'une autre sortie raccordée en marguerite sur la microbande 905 ou 906. De même, un signal placé sur la microbande par l'une des sorties des autres microplaquettes ICY dont une entrée est sélectionnée ne met pas en service le transistor 215 de commande de sortie de l'étage de sortie 200.Un grand nombre de microplaquettes ICY, en pratique de une à environ une douzaine, peut être raccordé en marguerite pour produire des têtes de sonde dont le nombre d'entrées est suffisant pour gérer un quelconque boîtier de circuit disponible. Si le nombre des entrées souhaitées n'est pas divisible par 54, certaines entrées de microplaquettes ne sont simplement pas connectées. Par exemple, dans la tête 903 de sonde représentée, deux cent huit entrées de sonde sont prises en compte en ne connectant pas les deux dernières entrées de chaque microplaquette.
Ainsi, en combinant plusieurs microplaquettes ICY 802, la tête 903 de sonde réalise un multiplexeur complexe à entrées à sélectionner et à sorties à sélectionner dans lequel des signaux sont transmis depuis l'une quelconque des entrées 915 vers l'une ou l'autre des sorties 905 et 906, avec une faible distorsion sur une grande largeur de bande de fréquences, et elle produit sur les entrées 905 et 906 un état à haute impédance sans courant qui ressemble à un circuit ouvert pour des circuits extérieurs lorsqu'aucun canal de la tête 903 de sonde n'est sélectionné.
La Figure 10 représente un système 1000 de sonde qui incorpore tous les circuits qui ont été décrits précédemment. Le système 1000 de sonde inclut trois sondes à boîtier extra plat rectangulaire, ou PQFP, 1002, 901 et 1004, qui incluent chacune une tête de sonde, comme 903, et deux câbles coaxiaux comme 905 et 906. Chacune des têtes 1005, 903 et 1006 de sonde comporte un nombre spécifique d'entrées ; la tête 1005 de sonde comprend 240 entrées 1007, la tête 903 de sonde comprend 208 entrées 915, et la tête 1004 de sonde comprend 160 entrées 1008. Chaque tête 1005, 903 et 1006 de sonde est mécaniquement enfermée dans un corps de sonde non représenté qui est conçu pour être facilement tenu à la main et être facilement couplé mécaniquement à un à boîtier extra plat rectangulaire spécifique non représenté.Comme décrit en référence à la Figure 9, la tête 903 de sonde comprend quatre microplaquettes ICY 802 dont les sorties de canal "A" sont connectées au câble coaxial 905 et dont les sorties de canal "B" sont connectées au câble coaxial 906. De même, chacune des autres têtes 1005 et 1006 de sonde comprend un nombre approprié de microplaquettes ICY 802 dont les sorties de canal "A" sont raccordées en marguerite à la sortie
OUTA de la tête de sonde de canal "A" et dont les sorties de canal "B" sont raccordées en marguerite à la sortie OUTB de la tête de sonde.
Le système de sonde 1000 exposé à titre d'exemple inclut aussi une sonde polyvalente 1010 à point unique qui inclut neuf pointes 1012 de sonde et un ensemble fonctionnel 1014 de circuit. Chaque pointe 1012 de sonde est connectée à un ensemble fonctionnel 1014 au moyen de l'un des câbles coaxiaux 1015 de 50 ohms. La sonde polyvalente 1010 peut être utilisée pour sonder des circuits pour lesquels aucune tête spécifique de sonde n'est disponible.L'ensemble fonctionnel 1014 comprend essentiellement une microplaquette ICX 401 aux entrées et aux sorties de laquelle des résistances appropriées de 50 ohms sont connectées, et dont la sortie XOUTA de canal "A", la sortie XOUTB de canal "B", la sortie TRIGA d'étage de sortie "A" de déclenchement et la sortie TRIGB d'étage "B" de sortie de déclenchement sont connectées à des sorties 1016, 1017, 1018 et 1019 respectivement d'ensemble fonctionnel. Les sorties de déclenchement ne sont pas utilisées dans cette application, mais les sorties 106 et 1017 sont connectées à des câbles coaxiaux 1080 et 1081, respectivement.
Le système de sonde 1000 inclut également une carte de circuit imprimé, ou PCB, 1020 qui s'ajuste dans un analyseur logique 1033 destiné à former une interface avec la sonde, analyseur logique qui est parfois désigné dans l'art comme "unité centrale". La carte de circuit imprimé 1020 contient un circuit programmateur 1021 de sélection de canaux, un circuit 1022 de réglage de calibrage, un circuit 1023 de réglage de déport, et un circuit 1024 d'alimentation de sonde, circuits qui partagent un microprocesseur 1025 et sa mémoire associée 1026 par exemple le programmateur 1021 de sélection de canaux inclut une mémoire 1026, et le microprocesseur 1025 ; dans ce canal un logiciel de sélection mémorisé dans la mémoire 1026 est utilisé par le microprocesseur pour produire des signaux de sortie qui amènent le programmateur 1021 à produire des données sur des lignes de donnée 250 et 450 qui font partie du câble 1060. Le programmateur 1021 de sélection de canaux inclut de préférence un réseau de portes programmable sur site qui est programmé pour interagir avec le microprocesseur 1025 et la mémoire 1026 de manière à envoyer une série de bits à des registres à décalage 297 et 497 qui comprennent des verrous représentés aux Figures 1, 2, 4, 5, et 7.Comme décrit ci-dessus, cette donnée se décale à travers les verrous dans les microplaquettes
ICX 802 et ICY 401 pour les programmer de façon à connecter les entrées sélectionnées aux sorties sélectionnées, à activer les amplificateurs sélectionnés de gain, et à mettre en service et hors service les circuit programmables hors service des étages de sortie 200. Le microprocesseur 1025 et la mémoire 1026 ne sont pas sur la carte de circuit imprimé 1020 mais sont dans l'unité centrale 1033, et sont donc représentés entourés par une ligne en traits interrompus. Les divers circuits 1021 à 1026 de la carte de circuit imprimé 1020 incluent d'autres éléments électriques et interconnexions qui ressortiront, pour l'homme de l'art, de la description précédente et de ce qui suit.
La carte de circuit imprimé 1020 inclut également un multiplexeur 1027 de deuxième niveau. Le multiplexeur 1027 est essentiellement une microplaquette ICX 401 aux entrées et aux sorties de laquelle sont connectées des résistances appropriées de 50 ohms.
Chacun des câbles coaxiaux, comme 905, 906, 1080 et 1081 qui viennent des sondes 1002, 901, 1004 et 1010 est connecté à l'une des huit entrées 1055 du multiplexeur 1027 de deuxième niveau qui correspondent aux huit premières entrées de la microplaquette ICX 401. Les sorties
XOUTA et XOUTB de la microplaquette 401 sont connectées aux sorties 1029 et 1030 du système de sonde, respectivement. Le multiplexeur 1027 de deuxième niveau peut donc être programmé au moyen de la ligne 450 qui fait partie du câble 1060, de façon à connecter l'une quelconque de ses huit entrées à l'une et/ou à l'autre des sorties 1029 et 1030 de sonde.
De plus, le système de sonde 1000 inclut un moyen 1040 d'entrée de signaux de réglage, par exemple pour programmer le multiplexeur 1027 de deuxième niveau, les têtes 1005, 903 et 1006 de sonde, et la sonde polyvalente 1010. Dans le mode de réalisation préféré, le moyen 1040 inclut des cadrans 1041 et un clavier 1042, bien que presque tout mécanisme de génération de signaux électriques de commande puisse être utilisé. Dans le mode de réalisation préféré, le cadran 1041 est situé sur l'avant de l'analyseur logique 1033 et le clavier est un clavier de station de travail d'ordinateur ; cependant, pour simplifier la figure, ils sont représentés sur un moyen commun 1040 d'entrée de signaux de réglage.Dans le mode de réalisation préféré, plusieurs cadrans 1045 constituent ensemble avec le programmateur 1021 de sélection de canaux, un moyen de sélection 1043 pour sélectionner l'une des entrées 1007, 915, 1008, 1012 de sonde, et l'une des sorties 1029 ou 1030 de sonde, tandis qu'un cadran 1046 constitue, avec le programmateur 1021 de sélection de canaux, un moyen de sélection 1044 de gain pour sélectionner l'un des gains possibles de la série pour les signaux qui traversent depuis l'entrée sélectionnée vers la sortie sélectionnée.
Les sorties 1029, 1030 du multiplexeur 1027 de deuxième niveau peuvent être connectées à un instrument d'essais, par exemple un oscilloscope 1050, par l'intermédiaire d'une microbande "co-ax" 1049 de 50 ohms. La carte de circuit imprimé 1020 de réglage est connectée aux têtes 1005, 903, 1006 de sonde, à la sonde polyvalente 1010, et au multiplexeur 1027 de deuxième niveau par l'intermédiaire d'un câble multifilaire 1060. Le câble multifilaire 1060 inclut des lignes classiques d'alimentation en énergie, une interface sérielle qui inclut des lignes de données 250 et 450, des lignes de signaux d'horloge, des câbles coaxiaux 905,906, 1080, 1081, etc. et d'autres lignes.
Les désignations, comme YPAON, YPAOF, et YPAL, qui ont été appliquées aux verrous dans la description ci-dessus, indiquent leurs positions relatives dans les circuits, et en particulier dans les registres à décalage 297 et 497 qui font partie des microplaquettes ICY et ICX 802 et 401, respectivement. La première des deux lettres qui précède "A" ou "B" indique le circuit intégré dans lequel le verrou est situé : si la première lettre est un "X", le verrou est dans la microplaquette ICX du type représenté à la Figure 6 et, si la première lettre est un "Y", le verrou est dans la microplaquette ICY du type représenté à la Figure 8.
S'il n'existe aucune autre lettre avant le "A" ou le "B", le verrou est dans un muxamp du type représenté aux Figures 4 et 6 ; s'il existe un "G" avant le "A" ou le "B", il se trouve dans un circuit de sortie de gain à sélectionner du type représenté à la Figure 5, et s'il existe un "P", ceci signifie que le verrou est dans le circuit à sortie programmable du type représenté à la Figure 2.La lettre "A" ou "B", indique si le verrou est dans le canal "A" ou "B" ;si le dernier symbole est un nombre, ceci indique celui des verrous qui fait partie d'une série de verrous dont la fonction est semblable à l'emplacement de circuit donné par les premières lettres : par exemple XA2 désigne le deuxième verrou du muxamp ICX du canal "A" ; si le dernier symbole et une lettre ou des lettres, ceci indique un verrou spécifique à fonction spécifique, par exemple "en service" (invalidation de sortie en service) ou "hors service" (invalidation de sortie hors service), ou "L" (pour réglage de niveau de polarisation) : par exemple verrou YAL désigne le verrou de commande de polarisation du muxamp de canal "A" de la microplaquette ICY.
La sonde 1000 est programmée de la manière suivante. En supposant que la tête 903 de sonde est en cours de programmation, l'entrée ou les entrées 915 à connecter à la sortie 1029 et à la sortie 1030 sont sélectionnées en tournant le cadran 1045 ou en entrant l'information à l'aide du clavier 1042. Le moyen d'entrée 1040 répond en envoyant des signaux électriques au programmateur 1021 de sélection de canal qui utilise le microprocesseur 1025 et la mémoire 1026 pour produire une donnée sérielle sur le câble 1060 afin de décaler une série de bits de donnée à travers tous les verrous, par exemple
YA1, YA2, jusqu'à YAL dans le muxamp 700, comme représenté à la
Figure 7, et YPAON, YPAOF et YPAL dans le circuit de sortie programmable 200, représenté à la Figure 2, de la tête 915 de sonde.
Comme indiqué ci-dessus, les verrous forment tous ensemble un registre à décalage 297 et la donnée est décalée, comme dans des registres classiques à décalage, d'un verrou vers le suivant pour chaque impulsion de signal d'horloge. La donnée va de la première microplaquette ICY vers la dernière dans chaque tête de sonde et, à l'intérieur de chaque microplaquette ICY, elle traverse les verrous 1 à 18 du muxamp 700 du premier canal "A", comme représenté à la
Figure 8, puis vers les trois verrous d'invalidation de sortie YAON,
YAOF, et YAL du premier muxamp 700 "A", puis vers les trois verrous d'invalidation de sortie YAON, YAOF et YAL du premier muxamp de canal "B" 823, puis vers les verrous 1 à 18 du muxamp 823 de canal "B", puis vers les verrous 1 à 18 du deuxième muxamp 820 de canal "A", puis vers les trois verrous d'invalidation de sortie du muxamp 820, les trois verrous d'invalidation de sortie du deuxième muxamp 824 de canal "B", les verrous 1 à 18 du muxamp 824, puis les verrous 1 à 18 du troisième muxamp 822 de canal "A", les verrous d'invalidation de sortie du muxamp 822, les verrous d'invalidation de sortie du troisième muxamp 825 de canal "B", les verrous 1 à 18 du muxamp 825, puis vers les verrous YPAON, YPAOF et YPAL de l'étage de sortie programmable 827 de canal "B", puis vers les verrous YPAON, YPAOF et YPAL dans l'étage programmable de sortie 200 de canal "A", et finalement vers le verrou qui active le tampon de détection de température (non représenté) de la microplaquette.
Supposons par exemple, qu'il n'est sélectionné que l'entrée In7 de la tête 1005 de sonde doit être connectée à la sortie "A" de la tête 1005 de sonde et que l'entrée In239 de la tête 1005 de sonde doit être connectée à la sortie "B". Puisqu'il existe 240 entrées dans la tête 1005 de sonde, il existe cinq microplaquettes ICY, mais seules les vingt quatre premières des cinquante quatre entrées de la cinquième microplaquette ICY sont utilisées.Puis, le programmateur 1021 décale une donnée à travers les verrous jusqu'à ce que le verrou associé à la huitième entrée du premier amplificateur 700 de multiplexeur, représenté à la Figure 8, du canal "A" de la première microplaquette
ICY de la tête de sonde et le verrou associé à la cinquième entrée du deuxième muxamp 824 du canal "B" représenté à la Figure 8 de la cinquième microplaquette ICY contiennent un "1" logique et que tous les autres verrous d'entrée YA1, YA2 etc. de la tête de sonde contiennent un "0" logique.De plus, le verrou YAON du premier muxamp 700 de canal "A" de la première microplaquette ICY et le verrou YAON du deuxième muxamp 824 de canal "B" de la cinquième microplaquette ICY de la tête 1005 de sonde contiennent un "1 logique, les autres verrous YAON de tous les autres muxamps de la tête 1005 de sonde contiennent un "0" logique, les verrous YAOF et YAL du premier muxamp 700 du canal "A" de la première microplaquette ICY et les mêmes verrous du deuxième muxamp 824 du canal "B" de la cinquième microplaquette ICY contiennent un "0" logique, et les autres verrous YAOF et YAL de tous les autres muxamps de toutes les autres microplaquettes ICY de la tête de sonde contiennent un "1" logique.En outre, dans le circuit d'étage de sortie 200, représenté à la Figure 8, du canal "A" de la première microplaquette ICY de la tête de sonde et dans l'étage de sortie programmable 827 du canal "B" de la cinquième microplaquette ICY, le verrou YPAON représenté à la Figure 2 contient un "1" logique et les verrous YPAOF et YPAL contiennent un "0" logique, et les verrous YPAON de tous les autres étages programmables de sortie des cinq microplaquettes ICY contiennent un "0" logique et les verrous YPAOF et YPAL de ces étages contiennent un "1" logique.
Si aucune entrée de la tête 1005 de sonde n'est sélectionnée, la donnée est décalée à travers le registre à décalage jusqu'à ce que tous les verrous YA1, YA2, etc. contiennent un "0" logique, que les verrous
YAON et YPAON contiennent un "0" logique, et que les verrous
YAOF, YAL, YPAOF et YPAL contiennent un "1" logique. Ceci place les sorties OUTA et OUTB de la tête 1002 de sonde dans un état à haute impédance, sans courant, qui ressemble à un circuit ouvert.
Chaque tête 1005, 903 et 1006 de sonde et la sonde polyvalente 1010 possède son propre registre à décalage, de sorte que chaque tête de sonde et chaque ensemble fonctionnel peut être programmé indépendamment des autres têtes de sonde. Pour chaque tête de sonde et ensemble fonctionnel, sélectionner celle des entrées qui doit être sélectionnée à telle sortie est effectué à l'aide du moyen d'entrée 1040 et le programmateur 1021 de sélection de canaux envoie un train de bits au registre à décalage 497 s'il s'agit d'un ensemble fonctionnel qui inclut une microplaquette ICX ou au registre à décalage 297 s'il s'agit d'un ensemble fonctionnel qui inclut une microplaquette ICX ou au registre à décalage 297 s'il s'agit d'une tête de sonde qui utilise des microplaquettes ICY, trains de bits qui activent ou désactivent les verrous selon ce qui est approprié afin de connecter l'entrée ou les entrées sélectionnées à la sortie ou aux sorties sélectionnées et à laisser les sorties comme 704, des muxamps comme 700, les sorties comme 502, des microplaquettes ICY comme 401, et les sorties comme 905 et 906 des têtes de sonde comme 903, pour lesquels aucune entrée n'a été sélectionnée dans un état à haute impédance, sans courant, qui ressemble à un circuit ouvert pour les circuits externes.
Dans le cas de la sonde polyvalente 1010, le gain peut aussi être sélectionné. Lors d'une programmation d'une microplaquette ICX 401, comme celle qui se trouve dans l'ensemble fonctionnel 1014, l'ordre des verrous dans le registre à décalage 497 est : verrou 1 à 18 du muxamp 400 de canal "A", c'est-à-dire les verrous XA1 à XA18 de la
Figure 4, puis les verrous 1 à 18 du muxamp 620 de canal "B", puis les trois verrous de l'étage de sortie 622 à gain à sélectionner du canal "B", puis les verrous XGA1, XGA2, XGA3, représentés à la Figure 5, de l'étage de sortie 500 à gain à sélectionner du canal "A", puis le verrou de tampon de température non représenté.
Après programmation de toutes les têtes 1005, 903, 1006 de sonde, et de la sonde polyvalente 1010, ou au moins de celles qui doivent être programmées, le multiplexeur 1027 de deuxième niveau doit être programmé. Ici aussi, l'entrée ou les entrées qui doivent être connectées sont sélectionnées et la sortie ou les sorties à laquelle ou auxquelles chaque entrée sélectionnée doit être connectée sont également sélectionnées. Dans ce cas, l'un des trois gains disponibles, qui sont 1.1, 2.2 ou 2.2 avec câble dans le mode de réalisation préféré, est aussi sélectionné en utilisant un moyen 1046 de sélection de gain.
Le programmateur 1021 envoie de nouveau un train d'octets à la microplaquette ICX 401 du multiplexeur 1027 de deuxième niveau, le train traversant les verrous du registre à décalage 497 dans l'ordre donné ci-dessus pour la microplaquette ICX de l'ensemble fonctionnel 1014. Les octets des verrous activent ou désactivent les verrous afin de connecter électriquement l'entrée ou les entrées sélectionnées à la sortie ou aux sorties sélectionnées, le gain étant sélectionné pour chaque sortie.
A cet instant,dans la sonde 100, soit l'une des entrées 1007, 915 ou 1008, de la Figure 10, de la sonde 1000 ou des pointes 1012 de sonde est connectée électriquement à l'une des sorties 1029 ou 1030, soit l'une des entrées 1007, 915, 1008 ou des pointes de sonde 1012 est connectée aux deux sorties 1029 et 1030, soit l'une des entrées 1007, 915, 1008 ou des pointes de sondes 108 est connectée à l'une des sorties 1029 ou 1030, et une autre des entrées 1007, 915, 1008 ou des pointes de sonde 1012 est connectée à l'autre sortie. Il n'y a rien d'autre à mettre en oeuvre pour transmettre un signal depuis l'entrée ou les entrées sélectionnées vers la sortie ou les sorties sélectionnées selon le gain sélectionné dans une grande largeur de bande et avec une intégrité élevée du signal.
La Figure 11 représente un mode de réalisation de l'amplificateur programmable selon l'invention en combinaison avec un diviseur de tension pour produire un circuit d'atténuation 1100 à sélectionner. Cette application de l'amplificateur programmable est de préférence dans un préamplificateur 1102 d'oscilloscope. Des signaux sont appliqués à l'entrée InA du canal "A" et à l'entrée InB du canal "B" du préamplificateur 1102 d'oscilloscope par l'intermédiaire de câbles coaxiaux 1104 et 1105, qui peuvent être des câbles coaxiaux comme 1049 qui vient du système 1000 de sonde représenté à la Figure 10. Le préamplificateur 1102 d'oscilloscope comprend une microplaquette ICX 401, des résistances 1110 à 1115, quatre résistances 1116, des microbandes "co-ax" 1121 et 1122, et quatre câbles coaxiaux 1128. Le circuit 1100 est sur un support de microplaquette.
L'entrée InA est connectée à la microbande 1120, qui est connectée à l'entrée Inl de la microplaquette ICX 401. La résistance 1110 est connectée entre l'entrée Inl et t'entrée In2, la résistance 1111 est connectée entre l'entrée In2 et l'entrée In3, et la résistance 1112 est connectée entre l'entrée In3 et la masse.De même, la microbande 1122 connecte l'entrée InB de préamplificateur avec l'entrée In18 de la microplaquette ICX 401, la résistance 1115 est connectée entre l'entrée In18 et l'entrée In17, la résistance 1114 est connectée entre l'entrée In17 et l'entrée In16, et la résistance 1117 est connectée entre l'entrée In16 et la masse. Les sorties TRIGA, XOUTA, XOUTB et TRIGB de la microplaquette ICX 401 sont connectées à des câbles coaxiaux 1128, qui forment les sorties du préamplificateur 1102 d'oscilloscope. Comme précédemment, la microplaquette ICX 401 est connectée au programmateur 1121 par l'intermédiaire de la ligne 450 de donnée, et le programmateur 1121 est connecté au moyen d'entrée 1040.
Comme exposé déjà plusieurs fois maintenant, la microplaquette ICX 401 peut connecter l'une quelconque de ses entrées à l'une de ses sorties ou à la totalité de celles-ci. Les résistances 1110 à 1112 forment un diviseur de tension 1140 de canal "A" et les résistances 1113 à 1115 forment un diviseur de tension de canal "B".
Selon les entrées Inl, In2, In3, In16, In17 ou in18 qui sont sélectionnées pour être connectées aux sorties, et selon les sorties qui sont sélectionnées, le signal entré sur l'entrée InA ou InB est envoyé à la sortie sélectionnée selon une atténuation différente. En vue d'une terminaison appropriée des câbles coaxiaux 1104, 1105 et des microbandes 1120 et 1122, la totalité des résistances de chaque atténuateur 1140 et 1141 devrait être de 50 ohms.De préférence, les valeurs des résistances 1110 à 1115 sont de 25 ohms, 15 ohms, 10 ohms, 10 ohms, 15 ohms et 25 ohms, respectivement. ll en résulte une atténuation de . 1 si les entrées Inl ou In18 sont sélectionnées, . 2 si les entrées In2 ou In17 sont sélectionnées, et = 5 si les entrées In3 ou In16 sont sélectionnées. Les valeurs de chacune des résistances 1116 est de 50 ohms.Ainsi, la combinaison des circuits diviseurs 1140 et 1141 de tension avec les amplificateurs multiplexeurs selon l'invention compris dans la ICX 401 réalise un circuit 1100 à atténuation à sélectionner qui transmet, pour une grande largeur de bande de fréquences, des signaux entrés sur les câbles 1104 et/ou 1105 à une sortie, certaines sorties ou toutes les sorties 1128 pour une faible distorsion et selon l'atténuation sélectionnée.
On a décrit ici un nouvel amplificateur opérationnel programmable à rétroaction qui offre une sélection de canaux programmables avec une intégrité élevée de signal et une largeur élevée de bande et qui offre de nombreux avantages. Maintenant que l'invention a été complètement décrite, il ressort à l'évidence à l'homme de l'art que celui-ci peut en effecteur de nombreuses utilisations du mode de réalisation spécifique décrit et y apporter de nombreuses modifications, sans s'écarter des concepts de l'invention.
Par exemple, maintenant qu'il a vu que plusieurs variantes de l'amplificateur offrent des propriétés spéciales, d'autres variantes peuvent être envisagées. En outre, maintenant que l'homme de l'art a vu qu'il est possible de réaliser un amplificateur opérationnel programmable qui combine une intégrité élevée de signal, une largeur de bande élevée, et un état hors service positif programmable, et qui réalise des multiplexeurs programmables, un gain programmable, et une atténuation programmable, de nombreuses autres applications de l'amplificateur peuvent être imaginées. Ou bien des composants ou circuits équivalents peuvent remplacer les divers composants et circuits décrits. Des particularités additionnelles peuvent être ajoutées.
Un nombre plus grand ou plus petit d'éléments peut être utilisé. Par conséquent, l'invention doit être considérée comme incluant chaque particularité nouvelle et chaque combinaison nouvelle de particularités présentes dans l'amplificateur opérationnel décrit et/ou possédées par celui-ci.

Claims (25)

REVENDICATIONS
1. Amplificateur programmable (100, 400), caractérisé en ce qu'il comprend
une entrée (112 ; 403) d'amplificateur et une sortie (116 ; 404) d'amplificateur
un premier canal (111; 490) d'amplificateur entre ladite entrée (112 ; 403) et ladite sortie (116 ; 404), ledit premier canal (111; 490) d'amplificateur incluant un émetteur (106 ; 481) de transistor d'entrée (102 ; 401) et un premier émetteur (108 ; 482) de transistor de sortie (104 ; 404), ledit émetteur (106 ; 481) de transistor d'entrée (102 ; 401) et ledit premier émetteur (108 ; 482) de transistor de sortie (104 ; 404) étant connectés entre eux pour former une première paire d'émetteurs (110;480);
un moyen de sélection (1043, 1044) pour sélectionner si ledit premier canal (111 ; 490) d'amplificateur doit être activé ; et
un moyen d'activation (120 ; 445) qui répond audit moyen de sélection (1043, 1044) et est connecté à ladite première paire d'émetteurs (110 ; 480)
pour activer ledit canal (111 ; 490) d'amplificateur de façon qu un signal appliqué à ladite entrée (112 ; 403) soit transmis à partir de ladite entrée (112 ; 403) d'amplificateur à travers ledit premier canal (111 ; 490) d'amplificateur vers ladite sortie (116 ; 404) d'amplificateur si ledit amplificateur (100, 400) est sélectionné comme devant être activé, et
pour désactiver ledit amplificateur de façon qu'un signal appliqué à ladite entrée (112 ; 403) ne soit pas transmis à travers ledit canal (111 ; 490) vers ladite sortie (116 ; 404) si ledit amplificateur (100, 400) n'est pas sélectionné comme devant être activé.
2. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 1, caractérisé en ce que
ledit moyen d'activation (120 ; 445) comprend une source de courant (125) et un moyen commutateur (177) qui répond audit moyen de sélection (1043, 1044) pour connecter électriquement ladite source de courant (125) à ladite paire d'émetteurs (110 ; 480).
3. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 2, caractérisé en ce que
le moyen commutateur (177) comprend un transistor (122) et un verrou (124).
4. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il inclut en outre
un moyen d'invalidation (170) de sortie pour placer ladite sortie (116 ; 404) dans un état dans lequel elle apparaît électriquement comme circuit ouvert lorsque ledit amplificateur (100, 400) est sélectionné pour être hors service.
5. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 4, caractérisé en outre en ce
ledit canal (111 ; 490) d'amplificateur inclut un premier transistor de sortie (104 ; 404) et un transistor de commande (118) de sortie,
ledit émetteur (108 ; 482) de transistor comprend l'émetteur dudit premier transistor de sortie (104 ; 404),
ledit transistor de commande (118) de sortie est connecté dans une boucle de rétroaction entre le collecteur et la base dudit premier transistor de sortie (104;404), et
ledit moyen d'invalidation (170) de sortie comprend un moyen de réglage de tension (174) pour régler la tension à la base dudit transistor de commande (118) de sortie.
6. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il inclut en outre
un moyen de réglage (140) de tension d'émetteur pour amener à force ladite paire d'émetteurs (110 ; 480) à une tension réglée de fermeture lorsque ledit amplificateur (100, 400) n'est pas activé.
7. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre:
un deuxième canal (440) d'amplificateur entre ladite entrée (403, In18) et ladite sortie (404), ledit deuxième canal (440) d'amplificateur incluant un deuxième émetteur (443) de transistor d'entrée et un deuxième émetteur (444) de transistor de sortie (404) pour former une deuxième paire (442) d'émetteurs, et en ce que
ledit moyen de sélection (1043, 1044) comprend en outre un moyen de sélection d'au moins l'un desdits canaux (490, 440); et
ledit moyen d'activation (445) comprend un moyen d'activation dudit canal (490 ou 440) sélectionné et de désactivation dudit canal (490 ou 440) qui n'est pas sélectionné.
8. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 7, caractérisé en ce que
ledit amplificateur (400) d'entrée inclut une première entrée (Inl) connectée audit premier canal (490) d'amplificateur et une deuxième entrée (In18) connectée audit deuxième canal (440) d'amplificateur,
ledit moyen de sélection (1043, 1044) comprend un moyen de sélection (1043, 1044) de l'une desdites entrées (Inl, In18), et
ledit moyen d'activation (445) comprend un moyen d'activation du canal (490, 440) connecté à ladite entrée (Inl, In18) sélectionnée, grâce à quoi ledit amplificateur connecte électriquement à ladite sortie (404) l'entrée sélectionnée parmi ladite première et ladite deuxième entrées (Inl, In18).
9. Amplificateur (100, 400, 500) selon la revendication 7, caractérisé en ce que
ledit premier canal (524) d'amplificateur comprend en outre un premier moyen (534) de gain à premier gain,
ledit deuxième canal (525) d'amplificateur comprend en outre un deuxième moyen (535) de gain à deuxième gain,
ledit moyen de sélection (1043, 1044) (1043, 1044) comprend un moyen de sélection (1043, 1044) de gain pour sélectionner un premier gain ou un deuxième gain, et
ledit moyen d'activation (498) comprend un moyen d'activation de celui des deux canaux (524, 525) qui offre le gain sélectionné.
10. Amplificateur (100, 400) qui comprend, caractérisé en ce qu'il comprend
une entrée (403) d'amplificateur et une sortie (404) d'amplificateur
un premier canal (490) d'amplificateur qui inclut un premier émetteur (481) de transistor d'entrée (401) et un premier émetteur (482) de transistor de sortie (408), ledit premier émetteur (481) de transistor d'entrée et ledit premier émetteur (482) de transistor de sortie étant connectés entre eux de manière à former une première paire (480) d'émetteurs,
un deuxième canal (440) d'amplificateur qui inclut un deuxième émetteur (443) de transistor d'entrée (441) et un deuxième émetteur (444) de transistor de sortie (428), ledit deuxième émetteur (443) de transistor d'entrée et ledit deuxième émetteur (428) de transistor de sortie étant connectés entre eux de manière à former une deuxième paire (442) d'émetteurs;;
un moyen de sélection (1043, 1044) pour sélectionner l'un (490) ou l'autre (440) parmi ledit premier et ledit deuxième canaux d'amplificateur ; et
un moyen d'activation (445) qui répond audit moyen de sélection (1043, 1044) pour activer ledit canal sélectionné (490, 440) d'amplificateur de façon qu'un signal appliqué à ladite entrée (403) soit transmis à partir de ladite entrée (403) d'amplificateur, à travers ledit canal sélectionné (490, 440) d'amplificateur, vers ladite sortie (404) d'amplificateur.
11. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
ledit moyen d'activation (445) comprend une source de courant (474) et un moyen commutateur (477) qui répond audit moyen de sélection (1043, 1044) pour connecter électriquement ladite source de courant (471) à ladite paire sélectionnée (480 ou 442) d'émetteurs, ledit moyen commutateur comprenant un transistor (406) et un verrou (XA1).
12. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
il comprend en outre une alimentation en énergie et une masse,
ladite sortie (404) comprend un premier amplificateur de sortie et un deuxième amplificateur de sortie,
ledit premier amplificateur de sortie est connecté audit premier canal (490) d'amplificateur et ladite deuxième sortie d'amplificateur est connectée audit deuxième canal (440) d'amplificateur, de sorte que ladite entrée (403) est connectée à ladite première sortie d'amplificateur lorsque ledit premier canal (490) d'amplificateur est sélectionné et à ladite deuxième sortie d'amplificateur lorsque ledit deuxième canal (440) d'amplificateur est sélectionné et en ce que
chacun desdits canaux d'amplificateur est connecté séparément à ladite alimentation en énergie et est connecté séparément à ladite masse.
13. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 10 caractérisé en ce que
ledit premier canal (490) d'amplificateur inclut une première jonction émetteur/base,
ledit deuxième canal (440) d'amplificateur inclut une deuxième jonction émetteur/base, et en ce que
ledit amplificateur inclut en outre
un premier moyen de polarisation (449) connecté à ladite première paire (482) d'émetteurs pour assurer que ladite première jonction émetteur/base est bloquée lorsque ledit premier canal (490) n'est pas sélectionné, et
un deuxième moyen de polarisation (449) connecté à ladite deuxième paire (444) d'émetteurs, pour s'assurer que ladite deuxième jonction émetteur/base est bloquée lorsque ledit deuxième canal (440) n'est pas sélectionné.
14. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 13, caractérisé en ce que
chacun desdits premier et deuxième moyens (449) de polarisation inclut une source d'énergie et une résistance connectée entre la paire respective d'émetteurs et ladite source d'énergie.
15. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il inclut en outre un moyen de réglage (170, 290, 705) de tension d'émetteur destiné
à amener à force ladite première paire (480) d'émetteurs à une tension réglée d'arrêt lorsque ledit premier canal (490) d'amplificateur n'est pas activé et
à amener à force ladite deuxième paire (442) d'émetteurs à une tension réglée d'arrêt lorsque ledit deuxième canal (440) d'amplificateur n'est pas sélectionné.
16. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
ledit amplificateur (400) de multiplexage inclut un transistor à émetteurs multiples, et
lesdits premier et deuxième émetteurs du transistor de sortie sont deux émetteurs dudit transistor à émetteurs multiples.
17. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il inclut en outre
une boucle de rétroaction allant du collecteur vers la base dudit transistor à émetteurs multiples.
18. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il inclut en outre
une alimentation en énergie,
un premier moyen (449) de polarisation pour connecter ledit premier canal (490) d'amplificateur à ladite alimentation en énergie, et
un deuxième moyen de polarisation, séparé dudit premier moyen de polarisation, pour connecter ledit deuxième canal (440) d'amplificateur à ladite alimentation en énergie.
19. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
ladite entrée (403 ; Inl, In18) d'amplificateur inclut une première entrée (Inl) connectée audit premier canal (490) d'amplificateur et une deuxième entrée (In18) connectée audit deuxième canal (440) d'amplificateur et
ledit moyen de sélection (1043, 1044) (1043, 1044) comprend un moyen de sélection (1043, 1044) (1043, 1044) de l'une des deux entrées, grâce à quoi ledit amplificateur de multiplexage connecte électriquement à ladite sortie (404) celle de ces deux entrées qui est sélectionnée.
20. Amplificateur (100, 400) selon la revendication 19, caractérisé en ce que
ledit amplificateur (400) inclut une alimentation en énergie, un premier moyen de polarisation (449), un deuxième moyen de polarisation (449), un premier transistor d'entrée (402), et un deuxième transistor d'entrée (102 ; 401),
ledit premier émetteur (481) de transistor d'entrée (401) comprend l'émetteur dudit premier transistor d'entrée (401) et ledit deuxième émetteur (443) de transistor d'entrée (441) comprend l'émetteur dudit deuxième transistor d'entrée (441),
ladite première entrée (Inl) est connectée à la base dudit premier transistor d'entrée (401), ladite deuxième entrée (In18) est connectée à la base dudit deuxième transistor d'entrée (441),
le collecteur dudit premier transistor d'entrée (401) est connecté à ladite alimentation en énergie à travers ledit premier moyen (449) de polarisation et le collecteur dudit deuxième transistor d'entrée (441) est connecté à ladite alimentation en énergie à travers ledit deuxième moyen (445) de polarisation.
21. Amplificateur (100, 400, 500) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
ledit premier canal (524) d'amplificateur inclut en outre un premier moyen (534) de gain à premier gain,
ledit deuxième canal (525) d'amplificateur comprend en outre un deuxième moyen (535) de gain à deuxième gain,
ledit moyen de sélection (1043, 1044) comprend un moyen de sélection (1043, 1044) de gain pour sélectionner un premier gain ou un deuxième gain, et
ledit moyen d'activation (498) comprend un moyen d'activation de celui desdits canaux (524, 525) qui offre ledit gain sélectionné.
22. Amplificateur (100, 400, 1100) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
ledit premier canal (1140) d'amplificateur inclut en outre un premier moyen atténuateur (1110 à 1112) à première atténuation,
ledit deuxième canal (440) d'amplificateur comprend en outre un deuxième moyen d'atténuation (1113 à 1115) à deuxième atténuation,
ledit moyen de sélection (1043, 1044) comprend un moyen de sélection d'atténuation pour sélectionner une première atténuation ou une deuxième atténuation, et
ledit moyen d'activation comprend un moyen d'activation de celui (1140, 1141) desdits canaux qui offre ladite atténuation sélectionnée.
23. Amplificateur (100, 400, 1100) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
ladite sortie d'amplificateur inclut une première sortie (YOUTA) connectée audit premier canal (1140) d'amplificateur et une deuxième sortie (YOUTB) connectée audit deuxième canal (1141) d'amplificateur, et
ledit moyen de sélection (1043, 1044) comprend un moyen de sélectionner l'une (YOUTA, YOUTB) desdites sorties, grâce à quoi ledit amplificateur de multiplexage connecte électriquement à ladite entrée (1104, 1105) celle desdites première ou deuxième sorties (YOUTA,
YOUTB) qui est sélectionnée.
24. Amplificateur (100, 400) de multiplexage caractérisé en ce qu'il comprend
une série d'entrées (403),
au moins une sortie (404),
une série de parties de commutation (477) d'amplificateur qui incluent chacune un moyen commutateur (477) pour activer et désactiver ladite partie de commutation d'amplificateur;
une partie de rétroaction (416) d'amplificateur (400), et en ce que
il existe pour chacune des dites entrées (403 ; Inl à In18) une desdites parties de commutation (477) d'amplificateur,
ladite partie de commutation (477) d'amplificateur est connectée entre son entrée correspondante (403 ; ; Inl à In18) et ladite sortie (404), et
ladite partie de rétroaction (416) d'amplificateur est commune à ladite série de parties de commutation (477) d'amplificateur et est connectée à ladite sortie (404).
25. Amplificateur (100, 400) de multiplexage selon la revendication 24, caractérisé en ce que
il existe une série desdites sorties (404),
il existe un nombre I x O desdites parties de commutation (477) d'amplificateur, I étant le nombre des dites entrées et O le nombre desdites sorties, et
il existe pour chacune des dites sorties (404) une desdites parties de rétroaction (416) d'amplificateur, en ce que
il existe, parmi le dites parties de commutation (477) d'amplificateur, une partie différente connectée entre chacune desdites entrées (403 ;Inl à In18) et chacune desdites sorties (404).
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